编译aarch64 Linux内核并基于qemu运行
核心流程
首先,本文主要讲述如何编译Linux内核并在qemu虚拟机上运行。这里针对的架构是aarch64。
本文的实验平台是Ubuntu 16.04。
为了达成目标,我们需要有qemu、buildroot和linux安装包或源码。
首先确保qemu-system-aarch64命令可用,可以通过在命令行执行qemu-system-aarch64 --version判断。
下载buildroot源码,链接见下文平台工具。假设其绝对路径保存在变量BUILD_ROOT_PATH中。执行以下命令
cd $BUILD_ROOT_PATH
make menuconfig
在弹出的配置界面中,设置Target option ---> Target Architecture为AArch64 (little endian);设置Toolchain ---> Toolchain type为External toolchain,这时我们可以看到Toolchain ---> Toolchain的值为linaro AArch64 xxxx.xx;设置System configuration ---> Enable root login with password开启,并设置System configuration ---> Root password为xxxx(任意的你喜欢的密码);设置System configuration ---> Run a getty (login prompt) after boot ---> TTY port的值为ttyAMA0(这一条非常重要,不然虚拟机可能启动不了);设置Target packages ---> Show packages that are also provided by busybox开启;设置Target packages ---> Debugging, profiling and benchmark ---> strace开启;设置Filesystem images ---> cpio the root filesystem开启。
在配置完成之后,执行
make
注意:这里可能需要配置wget代理。
生成的rootfs.cpio在目录$BUILD_ROOT_PATH/output/images下面。
下载Linux内核源码,链接见下文平台工具。假设其绝对路径保存在变量LINUX_KERNEL_PATH中。执行以下命令
cd $LINUX_KERNEL_PATH
ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- make defconfig
vim .config
在打开的文件中,找到CONFIG_CMDLINE这个配置选项,设置其值为console=ttyAMA0;找到CONFIG_INITRAMFS_SOURCE这个配置选项,设置其值为$BUILD_ROOT_PATH/output/images/rootfs.cpio(注意,这里要自己展开变量BUILD_ROOT_PATH);设置CONFIG_DEBUG_INFO配置项为y。
配置结束后,执行以下命令
ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- make -j16
执行结束后,我们可以看到生成了一些文件,其中包括$LINUX_KERNEL_PATH/vmlinux和$LINUX_KERNEL_PATH/arch/arm64/boot/Image
在当前目录创建一个shell脚本,避免重复输入指令。其文件名为start.sh,其内容为
qemu-system-aarch64 -machine virt -cpu cortex-a57 \
-machine type=virt -nographic -smp 1 \
-m 2048 \
-kernel ./arch/arm64/boot/Image \
--apend "console=ttyAMA0" \
$1 $2
执行./startup.sh,这是可以用qemu启动linux内核。在进入命令行之前,需要输入buildroot login: 的值,其值为root,然后需要输入Password: ,这是前文构建rootfs.cpio的时候,配置项System configuration ---> Root password的值。然后就可以进入命令行执行以下常用命令了。(注意,需要先cd /)
如果要退出qemu,可以先按Ctrl + A,然后按X。
为了在主机和qemu虚拟机之间共享文件,我们可以创建一个目录,其绝对路径为SHARED_FILE_PATH。然后执行以下命令
cd $BUILD_ROOT_PATH
vim .config
修改BR2_ROOTFS_OVERLAY配置项的值为$SHARED_FILE_PATH(注意,自行展开变量)。
保存后执行以下命令重新创建 rootfs.cpio。
rm $BUILD_ROOT_PATH/output/images/rootfs.*
make
然后需要重新编译内核,即
cd $LINUX_KERNEL_PATH
ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- make -j16
依然通过./start.sh启动虚拟机跑linux内核,进入命令行后,执行cd /; ls,我们可以看到$SHARED_FILE_PATH目录下的文件。
重新执行./start.sh -s -S进入qemu的调试状态,然后开一个新的shell,输入命令
cd $LINUX_KERNEL_PATH
aarch64-linux-gnu-gdb ./vmlinux -ex "target remote :1234"
现在,可以像以往一样使用gdb进行调试了……
下面介绍如何编译一个linux内核模块。
cd $SHARED_FILE_PATH
vim hello.c
hello.c的内容为
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/sched.h>
int helloinit(void)
{
printk(KERN_DEBUG "hello world !!\n");
return 0;
}
void helloexit(void)
{
printk(KERN_DEBUG "goodbye world !!\n");
}
module_init(helloinit);
module_exit(helloexit);
MODULE_LICENSE("GPL");
然后在当前目录创建Makefile内容如下
ifneq (${KERNELRELEASE},)
obj-m := hello.o
else
KERNEL_SOURCE := $LINUX_KERNEL_PATH # 注意自行展开变量LINUX_KERNEL_PATH
PWD := $(shell pwd)
default:
${MAKE} -C ${KERNEL_SOURCE} M=${PWD} modules
clean:
${MAKE} -C ${KERNEL_SOURCE} M=${PWD} clean
endif
然后执行交叉编译命令
ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- make
OK,重新编译rootfs.cpio和linux内核,然后运行qemu。在进入linux命令行后,执行以下命令
cd /
insmod hello.ko
dmesg | tail # 可以看到打印信息 hello world !!
rmmod hello.ko
dmesg | tail # 可以看到打印信息 goodbye world !!
相关经验
Linux Kernel
- 使用
qemu并开启gdb server功能之后,在gdb窗口输入b start_kernel,进入最初的内核初始化函数。
平台工具
参考
- Starting Linux kernel exploration
- Debugging an ARM64 linux kernel using QEMU
- Writing kernel modules
- Debugging Kernel and Modules using GDB
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