# runninglinuxkernel_5.0 **Repository Path**: leilei_39/runninglinuxkernel_5.0 ## Basic Information - **Project Name**: runninglinuxkernel_5.0 - **Description**: https://github.com/runninglinuxkernel/runninglinuxkernel_5.0 - **Primary Language**: Unknown - **License**: Not specified - **Default Branch**: rlk_5.0 - **Homepage**: None - **GVP Project**: No ## Statistics - **Stars**: 1 - **Forks**: 1 - **Created**: 2023-12-28 - **Last Updated**: 2024-03-23 ## Categories & Tags **Categories**: Uncategorized **Tags**: None ## README # 《奔跑吧Linux内核》 第二版配套实验平台 ## 奔跑吧第二版配套实验平台 《奔跑吧Linux内核》第二版系列三本书：卷1、卷2以及入门篇，已经出版，读者可以到异步社区、京东、当当等书店购买。 我们还提供丰富的学习资源，下载方法：登陆“奔跑吧linux社区”微信公众号，输入“奔跑吧2”获取下载地址。 1. 全套实验环境，基于Ubuntu 20.04制作的VMware/VirtualBox虚拟机镜像 2. 实验指导手册，400多页详细的实验指导手册（入门篇） 3. 电子课件（入门篇） 4. 实验参考代码 5. 插图下载 6. 勘误 7. 免费视频 8. Docker镜像 9. 实验素材（例如卷2中用到vmcore等） ### 索取课件powerpoint和插图visio版本 奔跑吧入门篇第二版除了准备丰富的教学和学习资料, 我们还准备好了电子课件的powerpoint原稿和 插图的visio原稿，仅特供给： 1. 选择奔跑吧作为教辅教材的高校任课老师，请提供课程主页或者开课的相关信息。 2. 用于机构培训或者企业内部培训，请提供购买30本或者以上图书的购买发票或者购买截图。 请发送邮件给笨叔以及悦叔： 笨叔：runninglinuxkernel@126.com 悦叔：chenyuecn@163.com 入门篇课件的pdf和插图jpg版本已经上传到百度网盘，对读者来说已经足够，不必申请PowerPoint和visio版本. ## 《奔跑吧Linux内核》的来由 笨叔当fae的时候，去请教研发兄弟一些问题，时常会遭到白眼：我也不太懂，某某代码里有，你自己看啦，某某芯片手册有，你自己看啦。 现在人生活压力忒大，生怕教会了别人，感觉明天就会失业了一样。笨叔觉得，好东西需要记录下来和大家分享，于是有了《奔跑吧linux内核》。 ### 奔跑吧面试必考题 你想试试《奔跑吧linux内核》这本书适不适合你，你可以来试试做一下这份卷子，只要考分在90%以下，《奔跑吧Linux内核》就是为您量身打造的。 [奔跑吧面试必考题](./Interview_questions.md) ## 实验平台说明 我们强烈推荐读者使用我们制作好的vmware image，开箱即用，下载方式：关注“奔跑吧linux社区”微信公众号，输入“奔跑吧2”下载。 本git repo是《奔跑吧Linux内核》第二版卷1卷2以及入门篇三本书的配套实验平台，包含Linux 5.0代码以及书上实验参考代码。 使用busybox工具制作的最小文件系统，该最小系统仅仅包含了Linux系统最常用的命令，如ls，top等命令。如果要在此最小系统中进行systemtap以及kdump等试验的话， 我们需要手动编译和安装这些工具，这个过程是相当复杂和繁琐的。为此，我们尝试使用Debian的根文件系统来构造一个小巧而且好用的实验平台。 在这个实验平台中，读者可以在线安装丰富的软件包，比如kdump，crash，systemtap等工具。这个实验平台具有如下特点： 1. 使用“O0”来编译内核 2. 在主机Host中编译内核 3. 使用QEMU来加载系统 4. 支持GDB单步调试内核以及Debian系统 5. 使用ARM64版本的Debian系统的根文件系统 6. 在线安装Debian软件包 7. 支持在虚拟机里动态编译内核模块 8. 支持Host主机和虚拟机共享文件 本书推荐的实验环境如下。 1. 主机硬件平台：Intel x86_84处理器兼容主机。 2. 主机操作系统：Ubuntu Linux 20.04 3. GCC版本：9 (aarch64-linux-gnu-gcc-9) 在Ubuntu Linux 20.04可以通过如下命令来安装本书需要的软件包。 ``` $ sudo apt update -y $ sudo apt install net-tools libncurses5-dev libssl-dev build-essential openssl qemu-system-arm libncurses5-dev gcc-aarch64-linux-gnu git bison flex bc vim universal-ctags cscope cmake python3-dev gdb-multiarch openjdk-13-jre trace-cmd kernelshark bpfcc-tools cppcheck docker docker.io ``` 本书配套的实验是在 kmodules 目录下面: 1. 奔跑吧进阶篇(卷1和卷2)对应的实验：kmodules/rlk_lab/rlk_senior 2. 奔跑吧入门篇对应的实验：kmodules/rlk_lab/rlk_basic ## 本书配套的其他资源 请关注奔跑吧linux社区微信公众号：runninglinuxkernel ## 本书配套的视频课程 若读者觉得阅读本书的文字版本不过瘾，想看笨叔录制的视频课程，请关注： 1. 淘宝店：https://shop115683645.taobao.com/ 2. 微店：https://weidian.com/?userid=1692165428 目前上线的配套课程有3个： 1. 第一季旗舰篇：Linux内存管理 ![image](https://benshushu.coding.net/p/runninglinuxkernel_5.0/d/runninglinuxkernel_5.0/git/raw/rlk_5.0/images/1rd_training.jpg) 2. 第二季旗舰篇：Linux进程管理、中断管理、锁机制三合一 ![image](https://benshushu.coding.net/p/runninglinuxkernel_5.0/d/runninglinuxkernel_5.0/git/raw/rlk_5.0/images/2rd-training.jpg) 3. 第三季旗舰篇：ARM64体系结构与编程 全球原创的ARM64实验，全球首个手把手解读ARMv8芯片手册，笨叔带您一起做实验，一起玩树莓派，一起进步！ ![image](https://benshushu.coding.net/p/runninglinuxkernel_5.0/d/runninglinuxkernel_5.0/git/raw/rlk_5.0/images/arm64_training.png) ## 使用O0编译的内核的好处 这个runninglinuxkernel内核默认使用GCC的“O0”优化等级来编译的。 读者可能发现gdb在单步调试内核时会出现光标乱跳并且无法打印有些变量的值（例如出现）等问题，其实这不是gdb或QEMU的问题。 是因为内核编译的默认优化选项是O2，因此如果不希望光标乱跳，可以尝试把linux-5.0根目录Makefile中的O2改成O0，但是这样编译时有问题，作者为此做了一些修改。 最后需要特别说明一下，使用GCC的“O0”优化等级编译内核会导致内核运行性能下降，因此我们仅仅是为了方便单步调试内核。 使用O1或者O2编译的内核，使用gdb进行单步调试时查看变量会出现大量的。 ## 实验说明 本书配套的实验代码是在kmodules/rlk_basic目录下面。 ### 1. 编译运行 在runninglinuxkernel_5.0目录下面有一个rootfs_arm64.tar.xz文件，这个是采用Ubuntu/Debian系统的根文件系统制作而成。 但是，这个根文件系统还只是一个半成品，我们还需要根据编译好的内核来安装内核镜像和内核模块，整个过程比较复杂。 1. 编译内核。 2. 编译内核模块。 3. 安装内核模块。 4. 安装内核头文件。 5. 安装编译内核模块必须依赖文件。 6. 制作ext4根文件系统。 这个过程比较繁琐，我们制作了一个脚本来简化上述过程。 注意，该脚本会使用dd命令来生成一个4GB大小的镜像文件，因此主机系统需要保证至少10 GB的空余磁盘空间。若读者需要生成一个更大的根文件系统镜像，可以修改run_rlk_arm64.sh这个脚本文件。 如果在编译内核之前想进入menuconfig界面来配置内核： ``` $ cd runninglinuxkernel_5.0 $ ./run_debian_arm64.sh menuconfig ``` 编译内核。 ``` $ ./run_debian_arm64.sh build_kernel ``` 执行上述脚本需要几十分钟，依赖于主机的计算能力。接着，编译根文件系统。 ``` $ cd runninglinuxkernel_5.0 $ sudo ./run_debian_arm64.sh build_rootfs ``` 读者需要注意，编译根文件系统需要管理员权限，而编译内核则不需要。执行完成后会生成一个名为rootfs_arm64.ext4的根文件系统。 运行刚才编译好的ARM64版本的Linux系统。 运行run_debian_arm64.sh脚本，输入run参数即可。 ``` $./run_debian_arm64.sh run ``` 系统登录名: benshushu 密码：123 切换到root用户：su root 如果读者修改了runninglinuxkernel_5.0内核的配置文件，比如arch/arm64/config/debian_defconfig文件，那么需要重新编译内核以及更新根文件系统。 ``` $ ./run_debian_arm64.sh build_kernel # 重新编译内核 $ sudo ./run_debian_arm64.sh update_rootfs #更新根文件系统 ``` ### 2. 在线安装软件包 QEMU虚拟机可以通过VirtIO-Net技术来生成一个虚拟的网卡，通过NAT网络桥接技术和主机进行网络共享。使用ifconfig命令来检查网络配置。 ``` root@ubuntu:~# ifconfig enp0s1: flags=4163 mtu 1500 inet 10.0.2.15 netmask 255.255.255.0 broadcast 10.0.2.255 inet6 fec0::ce16:adb:3e70:3e71 prefixlen 64 scopeid 0x40 inet6 fe80::c86e:28c4:625b:2767 prefixlen 64 scopeid 0x20 ether 52:54:00:12:34:56 txqueuelen 1000 (Ethernet) RX packets 23217 bytes 33246898 (31.7 MiB) RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0 TX packets 4740 bytes 267860 (261.5 KiB) TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0 lo: flags=73 mtu 65536 inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0 inet6 ::1 prefixlen 128 scopeid 0x10 loop txqueuelen 1000 (Local Loopback) RX packets 2 bytes 78 (78.0 B) RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0 TX packets 2 bytes 78 (78.0 B) TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0 ``` 可以看到生成了一个名为enp0s1的网卡设备，分配的IP地址为：10.0.2.15。 通过apt update命令来更新Debian系统的软件仓库。 ``` root@ubuntu:~# apt update ``` 如果更新失败，有可能是系统时间比较旧了，可以使用date命令来设置日期。 ``` root@ubuntu:~# date -s 2020-03-29 #假设最新日期是2020年3月29日 Sun Mar 29 00:00:00 UTC 2020 ``` 使用apt install命令来安装软件包。比如，可以在线安装gcc。 ``` root@ubuntu:~# apt install gcc ``` ### 3. 共享文件夹 在主机和QEMU虚拟机之间共享文件。 主机和QEMU虚拟机可以通过NET_9P技术进行文件共享，这个需要QEMU虚拟机和主机的Linux内核都使能NET_9P的内核模块。本实验平台已经支持主机和QEMU虚拟机的共享文件，可以通过如下简单方法来测试。 复制一个文件到runninglinuxkernel_5.0/kmodules目录下面。 ``` $ cp test.c runninglinuxkernel_5.0/kmodules ``` 启动QEMU虚拟机之后，首先检查一下/mnt目录是否有test.c文件。 ``` root@ubuntu:/# cd /mnt root@ubuntu:/mnt # ls README test.c ``` 我们在后续的实验中会经常利用这个特性，比如把编译好的内核模块或者内核模块源代码放入QEMU虚拟机。 ### 4. 编译内核模块 在QEMU虚拟机中安装必要的软件包。 ``` root@ubuntu: # apt install build-essential ``` 在QEMU虚拟机里编译内核模块时需要指定QEMU虚拟机本地的内核路径，例如BASEINCLUDE变量指向了本地内核路径。“/lib/modules/$(shell uname -r)/build”是一个链接文件，用来指向具体内核源代码路径，通常是指向已经编译过的内核路径。 ``` BASEINCLUDE ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build ``` 编译内核模块，下面以最简单的hello_world内核模块程序为例。 ``` root@ubuntu:/mnt/hello_world# make make -C /lib/modules/5.0.0+/build M=/mnt/hello_world modules; make[1]: Entering directory '/usr/src/linux' CC [M] /mnt/hello_world/test-1.o LD [M] /mnt/hello_world/test.o Building modules, stage 2. MODPOST 1 modules CC /mnt/hello_world/test.mod.o LD [M] /mnt/hello_world /test.ko make[1]: Leaving directory '/usr/src/linux' root@ubuntu: /mnt/hello_world# ``` 加载内核模块。 ``` root@ubuntu:/mnt/hello_world# insmod test.ko ``` ### 5. Livepatch support 在rlk_5.0内核下添加了对arm64 livepatch的支持。aarch64-linux-gnu-gcc版本必须是8或者以上。 1. 编译热补丁模块 在内核源码根目录下samples/livepatch/目录中有相关用例，在ubuntu主机里编译相关模块 ``` $ export ARCH=arm64 $ export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- $ cd samples/livepatch/ $ make CONFIG_SAMPLE_LIVEPATCH=m -C ../../ M=$(pwd) modules ``` 2. 启动内核 ``` $ ./run_debian_arm64.sh run ``` 将相关热补丁模块拷贝到共享目录 ``` $ cp samples/livepatch/*.ko kmodules/ ``` 3. 进入系统, 执行cat命令. ``` benshushu:mnt# cat /proc/cmdline noinintrd sched_debug root=/dev/vda rootfstype=ext4 rw crashkernel=256M loglevel=8 ``` 加载热补丁模块后再次执行该命令: ``` benshushu:mnt# cat /proc/cmdline this has been live patched ``` 可以看到内核函数cmdline_proc_show被替换成功。 卸载热补丁模块 ``` benshushu:mnt# echo 0 > /sys/kernel/livepatch/livepatch_sample/enabled [ 702.928721] livepatch: 'livepatch_sample': starting unpatching transition benshushu:mnt# [ 704.373970] livepatch: 'livepatch_sample': unpatching complete benshushu:mnt# cat /proc/cmdline noinintrd sched_debug root=/dev/vda rootfstype=ext4 rw crashkernel=256M loglevel=8 ``` 可以看到热补丁模块卸载后，cmdline_proc_show函数恢复到补丁前状态。 ### 6. kdump的使用 请参考《奔跑吧Linux内核》第二版卷2第5章相关内容。 ### 7. 调试ARM64 Linux内核 请参考《奔跑吧Linux内核》第二版卷2第3.1章相关内容，里面详细介绍如何使用QEMU+GDB+Eclipse来调试arm64内核。 ### 8. apt update证书问题 如果在QEMU+ARM64平台里apt更新失败，如下面日志显示。 ``` benshushu:~# apt update Get:1 http://mirrors.ustc.edu.cn/debian unstable InRelease [165 kB] Err:1 http://mirrors.ustc.edu.cn/debian unstable InRelease The following signatures couldn't be verified because the public key is not available: NO_PUBKEY 648ACFD622F3D138 NO_PUBKEY 0E98404D386FA1D9 Reading package lists... Done W: GPG error: http://mirrors.ustc.edu.cn/debian unstable InRelease: The following signatures couldn't be verified because the public key is not available: NO_PUBKEY 648ACFD622F3D138 NO_PUBKEY 0E98404D386FA1D9 E: The repository 'http://mirrors.ustc.edu.cn/debian unstable InRelease' is not signed. N: Updating from such a repository can't be done securely, and is therefore disabled by default. N: See apt-secure(8) manpage for repository creation and user configuration details. benshushu:~# ``` 这个是由于PGP证书的问题，上述日志显示有两个证书有问题，我们可以通过如下方式来修复。 ``` # apt-key adv --keyserver pgp.mit.edu --recv-keys 648ACFD622F3D138 //其中648ACFD622F3D138为有问题的证书Key # apt-key adv --keyserver pgp.mit.edu --recv-keys 0E98404D386FA1D9 //其中0E98404D386FA1D9为有问题的证书KEY ``` 上述两个证书修复之后就可以执行apt update操作了。 ``` # apt update ``` ## 加入奔跑吧微信技术交流群 我们建立奔跑吧读者交流群，可以先加我们的客服微信号，请出示奔跑吧系列图书购买截图，以方面我们邀请您进读者群（我们目的是邀请读者进群，过滤机器人，销售，HR，猎头等）： 1. 客服微信号：runninglinuxkernel