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Linux-Lab0-Preparation

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Experimental preparation

在 Github 上下载对应的实验文件：linux-kernel-labs/linux: Linux kernel source tree (github.com)

在 tools/labs 目录中输入命令：

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make clean
LABS=kernel_modules make skels

然后在 skels/kernel_modules 目录中就会有实验文件：

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➜  labs git:(master) ✗ ls skels/kernel_modules/
1-2-test-mod  4-multi-mod  6-cmd-mod    8-kdb
3-error-mod   5-oops-mod   7-list-proc  9-dyndbg

Booting the virtual machine

虚拟机基础结构摘要：

  • ~/src/linux：Linux 内核源代码，编译模块需要
  • ~/src/linux/tools/labs/qemu：用于生成和运行 QEMU VM 的脚本和辅助文件

为了启动虚拟机，我们需要在 ~/src/linux/tools/labs 目录中使用 make boot 命令：

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➜  labs git:(master) ✗ make boot 
make -C /home/yhellow/linux
make[1]: 进入目录“/home/yhellow/linux”
  SYSTBL  arch/x86/include/generated/asm/syscalls_32.h
  SYSHDR  arch/x86/include/generated/uapi/asm/unistd_32.h
  SYSHDR  arch/x86/include/generated/uapi/asm/unistd_64.h
  SYSHDR  arch/x86/include/generated/uapi/asm/unistd_x32.h
......

在默认情况下，您不会收到提示或任何图形界面，但您可以使用 minicom 或屏幕连接到虚拟机公开的控制台：

  • 在 ~/src/linux/tools/labs 目录中使用 minicom -D serial.pts：
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➜  labs git:(master) ✗ minicom -D serial.pts
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Welcome to minicom 2.7.1

OPTIONS: I18n 
Compiled on Dec 23 2019, 02:06:26.
Port serial.pts, 19:21:44

Press CTRL-A Z for help on special keys
  • 要访问虚拟机，请在登录提示符下输入用户名 root，无需输入密码
  • 虚拟机将使用 root 帐户的权限启动
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Poky (Yocto Project Reference Distro) 2.3 qemux86 /dev/hvc0

qemux86 login: root                                                 
root@qemux86:~# whoami                                                          
root                                                                            
root@qemux86:~#

Adding and using a virtual disk

在目录中，您有一个新的虚拟机磁盘，位于文件 ~/src/linux/tools/labs/mydisk.img，我们要将磁盘添加到虚拟机中，并在虚拟机中使用它

  • 如果没有 mydisk.img 文件，则在如下网站中下载：mydisk.img

修改 ~/src/linux/tools/labs/qemu/Makefile，在对应位置添加如下代码：

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-drive file=$(YOCTO_IMAGE),if=virtio,format=raw \
-drive file=disk1.img,if=virtio,format=raw \
-drive file=disk2.img,if=virtio,format=raw \
-drive file=mydisk.img,if=virtio,format=raw \ # new

启动虚拟机，创建目录并尝试挂载新磁盘

  • 已经向 qemu 添加了两个磁盘（disk1.img 和 disk2.img）
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root@qemux86:~# /dev/vd                                                         
vda  vdb  vdc  vdd
  • vda 是根分区，vdb 是 disk1.img，vdc 是 disk2.img，vdd 是 mydisk.img
  • 无需在 /dev 中手动创建新磁盘的条目，因为虚拟机使用 devtmpfs（在 Linux 内核启动早期建立一个初步的 /dev，令一般启动程序不用等待 udev）
  • 使用 mount 命令进行挂载：
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mkdir /test
mount /dev/vdd /test
  • 结果挂载失败了（/test 中并没有出现 mydisk.img 中的文件），我们无法挂载虚拟磁盘的原因是，我们在内核中没有支持格式化的文件系统
  • 您需要识别 mydisk.img 的文件系统，并编译对该文件系统的内核支持
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➜  labs git:(master) ✗ file mydisk.img 
mydisk.img: BTRFS Filesystem sectorsize 4096, nodesize 4096, leafsize 4096, UUID=df3c665a-363d-46f8-aef0-f9959bad6832, 32768/104857600 bytes used, 1 devices
  • 您需要在内核中启用 btrfs 支持并重新编译内核映像（退出前记得 save）
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make menuconfig
----------------------------------------
File systems -> Btrfs filesystem support
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root@qemux86:~# mount /dev/vdd /test                                            
BTRFS: device fsid df3c665a-363d-46f8-aef0-f9959bad6832 devid 1 transid 9 /dev/)
BTRFS info (device vdd): disk space caching is enabled                          
root@qemux86:~# ls /test                                                        
README                                                                          
root@qemux86:~# cat /test/README                                                
Congratulations, you were able to follow instructions!

GDB spelunking

使用 gdb 显示创建内核线程 kernel_thread 的函数的源代码

  • 使用 gdb 查找内存中 jiffies 变量的地址及其内容
  • 该变量保存自系统启动以来的计时周期数

要跟踪 jiffies 变量的值，请在 gdb 中使用动态分析，方法是：

  • 先启动虚拟机
  • 然后运行 make gdb 命令

PS：由于我这里的环境有点问题，所以我使用了 gdb vmlinux 外加 target remote :1234 的形式来进行调试（也可以参考一下）

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pwndbg> x/gx & jiffies
0xc194b500 <jiffies_64>:	0x00000000ffff96c2