0. 说明

使用VMware安装虚拟机，采用的是Ubuntu20.04LTS，默认的Kernel版本为Linux-5.8.0，是2021年04月官网最新20.04LTS镜像。

我想要替换的内核为：Linux-5.4.1，通过编译源码的方式添加系统调用(如果不需要添加系统调用，单纯编译源码则跳过对应的步骤即可)。

1. 准备工作

下载内核，内核源码下载地址如下，我使用的是5.4.1，要使用其他版本的话可以借鉴，但是很有可能发生改变，比如5.8的源码中就有很多不同，选用过高版本或者过低版本的需要注意~

http://ftp.sjtu.edu.cn/sites/ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/  # 4.x的版本
http://ftp.sjtu.edu.cn/sites/ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/  # 5.x的版本

将源码下载到自己的电脑上，并通过直接拖拽到VMware(需要安装VMTools)中虚拟机对应的位置上或者使用XShell、FinalShell、Putty、宝塔面板等工具上传到自己的虚拟机上。

wanna@ubuntu:~$ pwd
/home/wanna
wanna@ubuntu:~$ ls
Desktop    Downloads   linux-5.4.1.tar.gz  linux-5.8.1         Music     Public  Templates  test.c
Documents  install.sh  linux-5.4.1.zip     linux-5.8.1.tar.gz  Pictures  snap    test       Videos

可以看到我已经将源码上传到自己的虚拟机的Home目录下。

2. 添加系统调用，不需要的可以跳过此步骤

tar -xvzf  linux-5.4.1.tar.gz   # 解压压缩包，如果下载的是zip的源码的话使用unzip  linux-5.4.1.tar.gz 解压
cd linux-5.4.1   # 切换到linux源码的根目录下
sudo vim arch/x86/include/asm/syscalls.h  # 使用vim编辑器编辑syscalls.h文件，也可以使用其他编辑器

在第47行左右的空行(可以使用vim命令:47直接跳转到47行)，添加syscall的函数声明asmlinkage long sys_helloworld(void);

image.png

使用如下命令编辑sys.c，添加sys_helloworld函数的具体实现(对应上面添加的声明的实现)

sudo vim kernel/sys.c  # 使用vim编辑器打开文件

在2650行左右的右花括号之后,#endif之前添加函数主体

asmlinkage long sys_helloworld(void)
{       
        printk("hello_world\n");
        return 0;
} 

image.png

使用如下命令编辑64位的系统调用表

sudo vim arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl  # 使用vim编辑系统调用表

在第346行添加一行如下内容，第一列是系统调用号(可以自定义，但是别和系统已经有的冲突，还有测试的时候调用号别忘了改)，第4列是需要执行的函数的名称。

336     64      helloworld              sys_helloworld

image.png

3. 准备编译内核

3.1 执行过程如下

依次执行如下命令

sudo make clean

#依次执行下面的命令安装依赖
sudo apt-get install gcc make libncurses5-dev openssl libssl-dev 
sudo apt-get install build-essential 
sudo apt-get install pkg-config
sudo apt-get install libc6-dev
sudo apt-get install bison
sudo apt-get install flex
sudo apt-get install libelf-dev

sudo make oldconfig  #仍采用原内核配置文件

# 执行下面的命令时，可能会有证书等问题，但是一定要先执行！！！
# 不然貌似没有配置文件存在，具体解决方法见下述
# 建议将虚拟机的核心数修改为4-8核心，内存修改为2G+
sudo make 

sudo mv  ~/linux-5.4.1  /usr/src/   # 将内核源码等移动到/usr/src/目录下
cd /usr/src/linux-5.4.1/     # 切换到cd /usr/src/linux-5.4.1/目录下

sudo make modules_install  # 安装模块
sudo make install  # 安装内核

# 下面两句命令执行过程可能会有问题，就是仍旧没切换到我们想要的内核，具体看后续
# (有可能可以有可能不行，建议可以尝试一波，按照别人的博客可以，我自己不行)
sudo mkinitramfs -o /boot/initrd.img-5.4.1
sudo update-initramfs -c -k 5.4.1

sudo update-grub   # 将内核启动项改为我们自己编译的内核

uname -r   # 在重启前看看自己的内核版本
sudo reboot   # 重启
uname -r  # 在重启后看看自己的内核版本，如果内核版本发生变化了，则替换成功！

3.2 关于sudo make命令过程中可能出现的问题：

No rule to make target 'debian/canonical-certs.pem', needed by 'certs/x509_c......

证书问题，解决方法如下：

cd /usr/src/linux-5.4.1/     # 切换到cd /usr/src/linux-5.4.1/目录下，如果已经在了则不用切换
sudo vim .config   # 使用vim编辑.config文件

将配置文件中的如下配置全部注释掉

# 使用vim的类似/CONFIG_MODULE_SIG_ALL等命令去进行搜索
# 也可以使用类似Ctrl+F的方式去修改
CONFIG_MODULE_SIG_ALL 
CONFIG_MODULE_SIG_KEY
CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS
CONFIG_DEBUG_INFO

3.3 关于执行如下这段代码之后仍旧没有按照我们的内核启动的解决

sudo mkinitramfs -o /boot/initrd.img-5.4.1
sudo update-initramfs -c -k 5.4.1
sudo update-grub   # 将内核启动项改为我们自己编译的内核
uname -r   # 在重启前看看自己的内核版本
sudo reboot   # 重启
uname -r  # 在重启后看看自己的内核版本，如果内核版本发生变化了，则替换成功！

执行如下操作查看当前有哪些内核可以启动

grep 'menuentry' /boot/grub/grub.cfg

image.png

使用如下命令编辑启动项的配置文件

sudo vim /etc/default/grub   # 编辑配置文件

将配置文件中的如下配置项改为如下(修改我们默认的启动项)：

# Ubuntu, with Linux 5.4.1这部分可以根据grep 'menuentry' /boot/grub/grub.cfg的结果来进行选择
# 指定为自己的内核名字就行，记得一定要加上前缀Advanced options for Ubuntu>，还有记得加上引号表示字符串
# 一定要加前缀的！至于为什么要加上这个前缀，看本博客第5点就明白了！
GRUB_DEFAULT="Advanced options for Ubuntu>Ubuntu, with Linux 5.4.1"

继续执行

sudo update-grub   # 将内核启动项改为我们自己编译的内核
uname -r   # 在重启前看看自己的内核版本
sudo reboot   # 重启
uname -r  # 在重启后看看自己的内核版本，如果内核版本发生变化了，则替换成功！

image.png

4. 编写测试代码验证我们的系统调用已经插入成功！

cd ~/   # 切换到Home目录下
vim test.c   #  使用vim编辑test.c文件

#include <stdio.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc,char **argv){
        //336就是我们刚才添加的系统调用的id
        long int a=syscall(336);
        printf("System call sys_helloworld return %ld\n",a);
        return 0;
}

使用如下的命令编译并执行

gcc test.c -o test  # 将test.c编译成test的二进制文件
./test    # 执行编译好的文件

执行结果如下

image.png
最终也就是得到了return 0，注意这里如果return -1则说明我们添加的系统调用并没有成功，由于我们的系统调用函数是打印了一行日志文件，hello_world，因此我们可以使用dmesg查看到

dmesg | tail -1   # 只展示最后一行日志

image.png

5. 事后补充

VMware可以在开机的时候选择启动项(老版本的在开机时长按Shift键，新版本的在开机时长按Esc键，应该没人用老版本了吧)，这个界面叫做grub引导界面。

image.png

看到这个界面我们似乎就明白了，为什么上面配置启动项的时候要加上前缀，因为那相当于是二级目录啊！在下面这个界面中我们就能选择对应的内核进行启动了。

image.png