原型内核和模块

Question

最近，我拿起了一个旧项目并重新启动它，几乎是从头开始。 我已经病了一段时间了，所以我有时间努力克服并实现大量功能。然而，我认为实现模块加载是一个好主意。我想要内核模式动态加载模块。

模块这个词有点含糊，正确的术语应该是加载库，例如用于内核模式的C库的微型实现> 驱动程序或标准设备，例如位于IRQ 0 和IRQ 0 上的PIT 和键盘。 1。我试图实现的方法有点自我维持；在我的内核将加载的模块方面，将在内核本身中使用以进入用户模式。

举个例子，我的内核使用了我自己实现的 C 库中的很少的函数。这些函数本身用于设置我的 GDT、IDT、IRQ、ISR 等。我想将这些函数抽象为内核可以加载和使用的库。这意味着在进行任何设置之前，内核本身将需要在第一阶段加载模块。

现在，我自己想到了几种方法来做到这一点，例如向该库添加一个结构，其中包含一个函数指针表，这些指针被分配了库本身中函数的地址。将库编译为 aout-kludge 文件，将库作为​​ void * 加载到内核中（这没问题，因为我有一个可用的分配器），然后计算出结构的偏移量，单步进入 void 指针，然后在内核中重新创建结构。这听起来似乎行不通，因为需要分配函数指针表，这意味着库本身需要有一个初始化函数。即使我知道地址，那又该如何称呼呢？

我不知道如何实现这样的加载器，它是否值得？我想尽可能多地抽象，我的内核采用模块化设计。我也确实希望用这种方法加载驱动程序和其他东西，我只是不确定如何实现它。我已经尝试过各种方法，但都失败了。我应该怎么办？

Answer 1

我建议您首先在用户空间中编写一个动态加载器。所需的技术非常相似，您稍后可以将大部分代码调整到内核空间。另外，不要使用 a.out 也不要创建自己的“函数指针表” - 使用更现代的格式，例如 ELF。编译时工具已经存在，所以这会节省你很多精力；您只需编写适当的链接器脚本并直接从 Linux GCC 进行构建即可。

碰巧，Windows 内核所做的事情与您所说的非常相似 - Windows 内核 (ntoskrnl.exe) 是一个 PE 可执行文件，链接来自各种 DLL（PSHED.dll、HAL.dll、KDCOM.dll、CLFS）的例程。 sys 和我系统上的 Cl.dll）。在这种情况下，NTLDR 程序将 ntoskrnl.exe 所需的所有文件加载到内存中，然后 ntoskrnl.exe 中的引导存根执行动态链接。稍后，相同的动态链接器也可用于加载其他驱动程序。

Answer 2

实现内核模块并不是一件简单的工作。它有点复杂，您需要阅读 ELF 文档来进行编码。我将尝试在这里为您提供一些见解 -

在用户空间中，可执行文件需要共享库来实现其某些功能或代码。因此，可执行文件中的代码将引用共享库中的代码。这导致了符号的发展。符号表示指向数据/函数/其他的指针有名字。

CHAR VariableName[20];

例如，在上面的代码中，将创建一个名为“VariableName”的数据符号。在动态/共享库“发明”之后，必须加载符号表（二进制中的符号集）以解析库中可执行文件的引用。但是很多调试符号&符号表中存在无用的符号。

Symbol: Main.c

例如，在符号表中，甚至 C 源文件的符号也会出现以供调试。但这对于在运行时解析引用来说不是必需的。在这里，动态符号的概念出现了。

动态链接是指解析二进制文件之间的引用。动态链接器将使用动态符号表（必须加载而“普通”符号表不必加载）来解析可执行文件在库中进行的引用。

现在，在作为可执行文件的内核核心中，共享库（内核模块）中没有引用。但共享库在可执行文件中引用。因此，可执行文件必须包含动态符号来解析内核模块中的引用。这与用户空间中的情况相反。因此，如果您使用 ld，

-pie -T LinkerScript.ld

应使用选项在内核可执行文件中创建动态符号表。

您应该创建一个 LinkerScript.ld 文件 -

/* File: LinkerScript.ld */
PHDRS {
  kernel PT_LOAD FILEHDR;/* This declares a segment in which your code/data is.*/
  dynamic PT_DYNAMIC;/* Segment containing the dynamic table (not DST). */
}

SECTIONS {
    /* text, data, bss sections must be implemented already */
    .dynamic ALIGN(0x1000) : AT(ADDR(.dynamic) - KERNEL_OFFSET)
    { 
       *(.dynamic) 
    } :dynamic/* add :kernel to text, data, bss*/
}

具有上述结构。确保您的 .text、.data 和.bss 部分已经存在 & :kernel 添加到节描述符的末尾。

有关更多信息，请阅读 ELF 文档和LD 手册（用于链接描述文件洞察）。