零基础小白速通北邮操作系统课程设计（一）Linux内核编程输出HelloWorld

笔者学习Linux内核编程主要是为了对付北邮操作系统课设，但是由于完全不熟悉Linux系统，因此记录一些从0开始面向Linux Kernel Programing的一些知识点。

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课程任务：开发一个内核模块或组件，完成如下功能：

1. 读取 ∼/targets 文件。格式如下，

pid: 100, 234 
prog: program, another program 
file: a filename; another filename

2. 记录 pid 或 prog 进程访问了哪些文件和 IP 地址，记录 file 文件被哪些进程所访问。记录内容至少包括进程 pid 和程序名、日期时间、访问模式。
3. 当进程或文件数量不大于 5 个，展示它们的关系，例如，进程之间的父子关系，某个文件被哪些进程并发访问。
4. 支持记录最多 20 个进程，给出进程分别为 5,10,20 个情况下的模块性能，包括 CPU 和内存使用情况。

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下期链接：（二）命令行输入模块变量&分模块编写

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第一周 熟悉Linux Kernel Programming

一、在Linux中创建C文件

由于C++文件再Linux内核中过大，因此内核编程需要编写C文件。以下给出笔者在Linux中创建Hello.c文件时的步骤。

1. 创建一个目录用来存放Hello.c文件，该目录的地址为Desktop/lkp/test

mkdir -p lkp/test

2. 进入子目录

cd lkp/test

3. 通过vim编辑器创建Hello.c文件（C++文件则.cpp结尾）。

vim Hello.c

4. 在vim编辑器中，按i进入编辑状态，输入如下代码后esc退出编辑状态，（在终端中复制为shift+ctrl+c,粘贴为shift+ctrl+v，其他同理）按x保存，输入:wq返回。

#include 

int main(int argc,char* argv[])
{
	printf("hello world!\n");
	return 0;
}

5. 编译C文件 gcc Hello.c -o Hello。，如果编译成功，则跳转至步骤8。
6. 编译过程中如果没有安装gcc的话，按照系统提示输入以下命令。如果编译成功，则跳转至步骤8。

sudo apt install gcc

7. 在安装过程中如果出现如下报错

E: Failed to fetch http://security.ubuntu.com/ubuntu/pool/main/l/linux/linux-libc-dev_5.15.0-56.62_amd64.deb 

则需要更换ubuntu软件镜像源。在Home中左侧任务栏找到并点击Other Locations,进入目录etc/apt并打开终端。

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（1）备份source.list, 为防止运行错误需要修改文件名。

sudo cp sources.list sources.list.backup

此时会多出在同一目录下生成一个备份文件，如下图。

（2）编辑source.list。

sudo vim sources.list

（3）在文件末尾添加如下内容

# 默认注释了源码镜像以提高 apt update 速度，如有需要可自行取消注释
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ xenial main restricted universe multiverse
# deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ xenial main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ xenial-updates main restricted universe multiverse
# deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ xenial-updates main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ xenial-backports main restricted universe multiverse
# deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ xenial-backports main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ xenial-security main restricted universe multiverse
# deb-src https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ xenial-security main restricted universe multiverse

（4）更新apt-get以安装gcc。

sudo apt-get update

（5）回到步骤5进行编译。
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版权声明：这一部分借鉴CSDN博主「无知亦乐」的原创文章，原文链接：https://blog.csdn.net/xiaoyujiale/article/details/125495607

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8. 在终端中输入./Hello运行步骤5生成的可执行文件。

二、Linux 内核中的HelloWorld

关于Linux内核编程可以参照The Linux Kernel Module Programming Guide中的教程，以下部分也借鉴了其中的方法。

1、下载头文件

通过如下代码来更新apt-get并获取要下载的头文件版本。

sudo apt-get update 
apt-cache search linux-headers-`uname -r`

以笔者的结果为例，如下。

linux-headers-5.15.0-56-generic - Linux kernel headers for version 5.15.0 on 64 bit x86 SMP

将下面代码中kmod 中的版本替换为你的虚拟机对应的版本即可。

sudo apt-get install kmod linux-headers-5.15.0-56-generic

2、创建c语言代码并

和上述过程一样，先创建一个~/develop/kernelhello-1文件夹

mkdir -p ~/develop/kernel/hello-1 
cd ~/develop/kernel/hello-1

跳转到对应位置后输入vim hello-1.c创建C语言文件并开始编写，将如下代码粘贴。

/* 
 * hello-1.c - The simplest kernel module. 
 */ 
#include  /* Needed by all modules */ 
#include  /* Needed for pr_info() */ 

int init_module(void) 
{ 
    pr_info("Hello world 1.\n"); 
    /* A non 0 return means init_module failed; module can't be loaded. */ 
    return 0; 
} 

void cleanup_module(void) 
{ 
    pr_info("Goodbye world 1.\n"); 
} 

MODULE_LICENSE("GPL");

3、创建Makefile文件

终端输入vim Makefile创建Makefile文件并编辑，粘贴以下代码。

obj-m += hello-1.o 
PWD := $(CURDIR) 

all: 
	make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules 
clean: 
	make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

退出编辑后在终端输入make生成以下文件

如果在创建过程中出现如下报错，则再下载一次头文件即可。

Skipping BTF generation for /home/away/develop/kernel/hello-1/hello-2.ko due to unavailability of vmlinux

4、编译C语言代码

此时hello-1模块已经成功建立好了。使用命令行

sudo insmod hello-1.ko
sudo rmmod hello-1.ko

分别将模块加载和卸载到内核中，执行

sudo dmesg

可以查看输出如下。

[ 2193.659823] Hello world 1.
[ 2258.472297] Goodbye world 1.