实验一 openEuler 操作系统编译内核实验

Mr.Liu2024年9月3日...大约 8 分钟

实验一 openEuler 操作系统编译内核实验

0x01 实验目的

通过安装openEuler操作系统、编译安装openEuler操作系统新内核以及简单的内核模块编程任务操作来：
- 学习掌握如何在树莓派上安装操作系统。
- 学习掌握如何编译操作系统内核。
- 了解内核模块编程。

0x02 实验过程

1 安装openEuler操作系统

1.1 下载openEuler 22.03 LTS SP3树莓派版本

登录openEuler Repo网站
- repo.openeuler.org
找到对应版本的镜像，将openEuler-22.03-LTS-SP3-raspi-aarch64.img.xz下载到本地

1.2 烧录系统

将SD卡通过读卡器插入电脑
使用Raspberry Pi Imager将镜像烧录到SD卡中
烧录完毕后，拔下SD卡并插入树莓派

1.3 连接网络

在设置 --> 网络和internet --> 高级网络设置中，在wifi的更多适配器选项中点击编辑，在共享选项卡上选中“允许其他网络用户通过此计算机的Internet连接来连接”选项。
通过网线把树莓派与电脑相连
在电脑命令行窗口输入arp –a查看新增加的动态IP地址即为raspberry pi的ip地址，利用该ip使用Xshell来连接树莓派，默认账密为root/openeuler
打开手机的个人wifi, 并利用命令行nmcli dev wifi connect 你的WIFI名 password 你的WIFI密码将树莓派连接上手机热点
将电脑也连接上手机热点，通过手机热点为树莓派分配的ip再次用xshell连接上树莓派，此时网线可以撤去，电脑通过无线连接控制树莓派

1.4 安装所需组件

命令如下

dnf install yum
yum -y install unzip yum -y install tar yum -y install lrzsz yum -y install gcc yum -y install make yum -y install flex yum -y install bison yum -y install openssl-devel yum -y install perl

2 openEuler内核编译与安装

2.1 备份boot目录以防后续步骤更新内核失败

tar czvf boot_origin.tgz /boot/
sz boot_origin.tgz   # 将备份文件发送到本地

2.2 获取内核源码

在树莓派安装git yum install git，并完成个人的基本配置，确保能使用gitee仓库克隆
在树莓派中使用git下载内核源码:git clone git@gitee.com:openeuler/raspberrypi-kernel.git -b OLK-5.10
下载完毕后将其重命名：mv raspberrypi-kernel-openEuler-22.03-LTS-SP2 kernel

2.3 编译内核

首先进入kernel目录：cd kernel
加载默认配置：make bcm2711_defconfig
编译内核：make ARCH=arm64 -j4
创建编译内核模块目录：mkdir ../output
编译内核模块：make INSTALL_MOD_PATH=../output/ modules_install

2.4 切换内核

查看当前内核版本：uname -a
将内核放进引导

cd /root/output/lib/modules/5.10.0-v8/kernel 
cp arch/arm64/boot/Image /boot/kernel8.img

将设备树文件放进引导

cp arch/arm64/boot/dts/broadcom/*.dtb /boot/           
cp arch/arm64/boot/dts/overlays/*.dtb* /boot/overlays/ 
cp arch/arm64/boot/dts/overlays/README /boot/overlays/

重启系统
再次通过网线将电脑与树莓派相连，然后用xshell实现对树莓派的控制
查看新的内核版本：uname -a
可见内核切换成功

2.5 再次配置WIFI

切换内核后，树莓派会找不到热点，无法进行无线连接，此时需要先在终端输入下列命令：

insmod ~/output/lib/modules/5.10.0-v8/kernel/net/rfkill/rfkill.ko
insmod ~/output/lib/modules/5.10.0-v8/kernel/drivers/net/wireless/broadcom/brcm80211/brcmutil/brcmutil.ko
insmod ~/output/lib/modules/5.10.0-v8/kernel/net/wireless/cfg80211.ko
insmod ~/output/lib/modules/5.10.0-v8/kernel/drivers/net/wireless/broadcom/brcm80211/brcmfmac/brcmfmac.ko

接着便可通过命令行使树莓派连接WIFI：nmcli dev wifi connect 你的WIFI名 password 你的WIFI密码
为了使树莓派重启后可以自动连接WIFI，需要将上面一系列insmod命令写入/etc/rc.local里，这样树莓派开机后自动加载这些驱动，从而能够搜索到附近WIFI，并自动连接

0x03 任务一

1 任务要求

查找相关资料，解释hello_world.c文件中以下代码的含义和作用
- [1]MODULE_LICENSE
- [2]module_param [3]MODULE_PARM_DESC
- [4]module_init
- [5]module_exit
- [6]__init
- [7]__exit

2 代码解释

[1]MODULE_LICENSE
- 含义
  - 模块的许可证声明
- 作用
  - 从2.4.10版本内核开始，模块必须通过MODULE_LICENSE宏声明此模块的许可证，否则在加载此模块时，会收到内核被污染 “kernel tainted” 的警告。从linux/module.h文件中可以看到，被内核接受的有意义的许可证有 “GPL”，“GPL v2”，“GPL and additional rights”，“Dual BSD/GPL”，“Dual MPL/GPL”，“Proprietary”。
- 来源
  - 模块的许可证声明 - MODULE_LICENSE(“GPL”)-CSDN博客
[2]module_parameter
- 含义
  - 定义模块参数的方法:module_param(name, type, perm);其中,
    - name:表示参数的名字;
    - type:表示参数的类型;
    - perm:表示参数的访问权限;
- 作用
  - 使用户可在系统启动或模块装载时为参数指定相应值
- 来源
  - Linux内核之module_param()函数使用说明-CSDN博客
[3]MODULE_PARM_DESC
- 含义
  - MODULE_PARM_DESC(para, mesg),其中
    - para:表示参数名字
    - mesg:参数描述
- 作用
  - 对模块的参数进行描述
- 来源
  - MODULE_PARM_DESC(para, mesg)-CSDN博客
[4]module_init
- 含义
  - 是 Linux 内核中的一个宏，用于标记驱动模块的起始函数。
- 作用
  - 用于定义在加载驱动模块时执行的函数
  - 当内核初始化阶段或者动态加载模块时，被 module_init() 标记的函数会自动运行
  - 无论模块是编译进内核镜像还是以 .ko 文件形式加载，都从这里开始运行
- 来源
  - copilot + module_init（linux kernel 宏函数之“模块的起点”） - 知乎 (zhihu.com)
[5]module_exit
- 含义
- - 是 Linux 内核中的一个宏，用于标记驱动模块的退出函数
- 作用
  - 用于定义在卸载驱动模块时执行的函数，
  - 当使用 rmmod 命令卸载模块时，内核会调用被 module_exit() 标记的函数
- 来源：
  - copilot
[6]__init
- 作用
  - 通常用于标记内核初始化阶段使用的函数。这些函数会被放置在 .init.text 区域中
  - 在内核初始化完成后，这些函数占用的内存可以被回收利用。
- 来源
  - copilot
[7]__exit
- 作用
  - 用于标记模块卸载阶段使用的函数。这些函数会被放置在 .exit.text区域中
  - 当模块被编译为内核的一部分时，这些函数将被忽略，因为在静态编译的情况下，卸载函数永远不会被调用
- 来源
  - copilot

0x04 任务二

1 任务要求

请参考hello_world.c 和 Makefile 文件，编写hello_magic_student.c 和 Makefile，完成以下任务： 1.在 hello_magic_student.c 文件中定义函数 hello_student(…)，该函数包含 3 个参数：id, name, age，分别代表学号、姓名和年龄，并通过printk输出：” My name is ${name}, student id is ${id}. I am ${age} years old.” 2.在 hello_magic_student.c 文件中定义函数 my_magic_number(…)，该函数包含 2 个参数：id 和 age，分别代表学号和年龄。请你在该函数里将学号的每一位数字相加后再与年龄求和，将求和结果的个位数作为magic_number，并使用printk 输出：”My magic number is ${magic_number}.”。完成hello_magic_student.c 文件的编写后，参考 hello_world 模块的 Makefile 并适当调整，在加载内核时提供学号、姓名和年龄，通过dmesg命令查看printk的输出。

2 代码展示

2.1 hello_magic_student.c 与关键代码说明

#include <linux/module.h> //头文件
MODULE_LICENSE("GPL");  //模块的许可证声明
static int id;
static char* name;
static int age;        //三个自定义静态变量
module_param(id, int, 0644);  //允许用户输入其值
MODULE_PARM_DESC(id, "int param\n");  //为变量添加说明
module_param(name, charp, 0644);
MODULE_PARM_DESC(name, "char* param");
module_param(age, int, 0644);
MODULE_PARM_DESC(age, "int param\n");
void hello_student(int id, char* name, int age) {
	printk("My name is %s, student id is %d. I am %d years old.",name,id,age);   //打印字符串
}
int __init hello_init(void) {
	printk(KERN_ALERT "Init module.\n");
	hello_student(id, name, age);
	return 0;
}
void __exit hello_exit(void) {
	printk(KERN_INFO "Exit module.\n");
}
module_init(hello_init);  //标记模块导入内核时启动的函数
module_exit(hello_exit);  //标记模块从内核卸载时启动的函数

2.2 Makefile

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
	obj-m := hello_magic_student.o
else
	KERNELDIR ?= /root/kernel
	PWD := $(shell pwd)
default:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
endif
.PHONY: clean
clean:
	-rm *.mod.c *.o *.order *.symvers *.ko *.mod

3 运行结果

make
- 编译
insmod hello_magic_student.ko id=4174 name="FUNXXX" age=22
- 将模块导入内核并输入变量
lsmod | grep hello_magic_student
- 查看是否导入成功
rmmod hello_magic_student
- 从内核卸载模块
dmesg
- 显示内核的消息缓冲区内容

0x05 实验心得体会

本次实验完成了在树莓派上安装操作系统以及手动编译内核，并模仿着编写了C文件和Makefile，并在树莓派上编译、导入内核等。通过这些让我切实体会到了与内核的交互，也加深了我对操作系统的初步认识。

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