雖然我們很多人都是在linux系統(tǒng)上做應用程序開發(fā)，一般接觸不到Linux內(nèi)核代碼，但是了解Linux內(nèi)核的底層實現(xiàn)機制，對應用程序的開發(fā)，尤其是性能方面的優(yōu)化提升會有很大的幫助。
研究Linux內(nèi)核，我們可以看看源碼，并且把內(nèi)核代碼給跑起來，通過gdb來調(diào)試它。下面我們來具體實操看一下Linux內(nèi)核的編譯以及調(diào)試方法。
cd /usr/srcwget https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.4.11.tar.xztar -xf linux-6.4.11.tar.xzcd /usr/src/linux-6.4.11
sudo apt install libncurses5-dev libssl-dev bison flex libelf-dev gcc make openssl libc6-dev dwarves
1.3 修改Linux內(nèi)核編譯參數(shù)
執(zhí)行 sudo make menuconfig 點擊save保存，生成.config文件，在vim .config修改如下內(nèi)核參數(shù)配置：
CONFIG_DEBUG_INFO=y #在內(nèi)核和內(nèi)核模塊中包含調(diào)試信息CONFIG_FRAME_POINTER=y #將調(diào)用幀信息保存在寄存器或堆棧上的不同位置，使gdb在調(diào)試內(nèi)核時可以更準確地構造堆棧回溯跟蹤（stack back traces）。CONFIG_GDB_SCRIPTS=y CONFIG_KGDB=y #啟用內(nèi)置的內(nèi)核調(diào)試器，該調(diào)試器允許進行遠程調(diào)試CONFIG_DEBUG_INFO_REDUCED=nCONFIG_RANDOMIZE_BASE=n #KASLR會更改引導時放置內(nèi)核代碼的基地址， 無法從gdb設置斷點CONFIG_SYSTEM_TRustED_KEYS=""CONFIG_SYSTEM_REVOCATION_KEYS=""
如果CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS和CONFIG_SYSTEM_REVOCATION_KEYS沒有修改，會報如下錯誤：
No rule to make target 'debian/canonical-certs.pem', needed by 'certs/x509_certificate_list'. Stop.
sudo make -j8 sudo make bzImage #編譯內(nèi)核映像文件sudo make modules #編譯模塊sudo make modules_install #安裝模塊sudo make install #安裝內(nèi)核
安裝內(nèi)核后，確認/boot/grub/grub.cfg中是否已增加了剛剛編譯的新的內(nèi)核選項
重啟虛擬機。在GRUB界面選擇 Ubuntu 高級選項，選擇剛剛的內(nèi)核版本linux-6.4.11進去，就可以進入了新的內(nèi)核。
可以看到，Ubuntu虛擬機原來的內(nèi)核版本是5.4.0-156，這里給它升級了新的內(nèi)核版本6.4.11：
至此，新的linux內(nèi)核已經(jīng)編譯完成。
2.1 編譯文件系統(tǒng)制作工具busybox
wget https://busybox.NET/downloads/busybox-1.36.1.tar.bz2 tar -xvf busybox-1.36.1.tar.bz2
修改.config編譯參數(shù)：先執(zhí)行make defconfig，在.config文件中添加CONFIG_STATIC=y
2.2 制作文件系統(tǒng)rootfs.gz
mkdir rootfscd rootfs/cp -r ../busybox-1.36.1/_install/bin/ .cp -r ../busybox-1.36.1/_install/sbin/ .cp -r ../busybox-1.36.1/_install/usr/ .mkdir dev proc syscd ..chmod 777 -R rootfs/cd rootfs/touch init
制作init文件，把如下內(nèi)容寫入init文件
#!/bin/sh
dmesg -n 1mount -t devtmpfs none /devmount -t proc none /procmount -t sysfs none /syssetsid cttyhack /bin/sh
chmod 777 initfind . | cpio -R root:root -H newc -o | gzip > ../rootfs.gz
Linux內(nèi)核有多種調(diào)試方式，這里我們采用的是通過QEMU虛擬機加gdb遠程調(diào)試的方式。
物理機：windows系統(tǒng)調(diào)試機： Ubuntu 20.04.5 LTS虛擬機，安裝在VMware上，內(nèi)核版本為5.4.0-156被調(diào)試機：QEMU虛擬機，使用新編譯的內(nèi)核6.4.11版本和自制的簡易文件系統(tǒng)
apt install qemu qemu-utils qemu-kvm virt-manager libvirt-daemon-system libvirt-clients bridge-utils
這里需要指定上面我們編譯linux內(nèi)核時產(chǎn)生的內(nèi)核映像文件bzImage和剛剛制作的rootfs.gz文件系統(tǒng)：
qemu-system-x86_64 -kernel /usr/src/linux-6.4.11/arch/x86_64/boot/bzImage -initrd /home/kernel/rootfs.gz -Append "nokaslr console=ttyS0" -s -S -nographic
我們也可以先不加-s和-S參數(shù)，測試驗證一下編譯的Linux內(nèi)核是否能正常啟動：
qemu-system-x86_64 -kernel ./bzImage -initrd ./rootfs.img -append "nokaslr console=ttyS0" -nographic
-kernel ./bzImage：指定啟用的內(nèi)核鏡像；-initrd ./rootfs.img：指定啟動的內(nèi)存文件系統(tǒng)；-append "nokaslr console=ttyS0"：附加參數(shù)，其中 參數(shù)必須添加進來，防止內(nèi)核起始地址隨機化，這樣會導致 gdb 斷點不能命中；參數(shù)說明可以參見這里。nokaslr-s：監(jiān)聽在 gdb 1234 端口;-S：表示啟動后就掛起，等待 gdb 連接（（CPU 初始化之前凍結(jié)起來）;-nographic：不啟動圖形界面，調(diào)試信息輸出到終端與參數(shù) 組合使用；console=ttyS
如果要退出QEMU虛擬機，可以先按ctrl + a鍵，然后再按x鍵，即可退出QEMU。
3.3 gdb調(diào)試Linux內(nèi)核
編譯Linux內(nèi)核時，會生成一個vmlinux文件，vmlinux是Linux內(nèi)核編譯出來的原始的內(nèi)核文件，可以用來進行調(diào)試內(nèi)核和定位內(nèi)核問題。
gdb開始調(diào)試，設置遠程調(diào)試的端口1234：
cd /usr/src/linux-6.4.11/gdb vmlinuxtarget remote :1234
跟gdb調(diào)試普通程序一樣，我們可以設置一下斷點，然后按c鍵繼續(xù)運行：
b start_kernelb rest_initc
可以看到gdb在start_kernel和rest_init兩個函數(shù)斷點處停住了，按c鍵后，QMUE虛擬機成功進入了系統(tǒng)。start_kernel是Linux內(nèi)核啟動時C代碼開始的地方，研究內(nèi)核啟動過程就可以從start_kernel開始看。
