学习的记录

一、内核安装

1.安装内核编译工具

install gcc gcc-c++ ncurses ncurses-devel cmake elfutils-libelf-devel openssl-devel 

将内核源码linux-4.14.160.tar拷贝到/usr/src/kernels目录下

cp -r linux-4.20.2.tar.xz /usr/src/kernels

2.进入内核源码所在的文件夹：

cd /usr/src/kernels

3.在该文件夹中解压缩下载的内核源码：

tar -xvf linux-4.20.2.tar.xz

4.进入源码文件夹：

cd linux-4.20.2

5.编辑内核配置文件：

make menuconfig

make menuconfig 是一个用于配置 Linux 内核的命令。它是 Linux 内核源代码树中的一个配置工具，通过一个文本界面提供了一种交互式的方式来配置内核编译选项。

具体而言，make menuconfig 允许用户在编译 Linux 内核时选择不同的配置选项，以定制适合其特定硬件和需求的内核。这些选项可以包括支持的硬件设备、文件系统支持、网络协议、调试选项等。通过这个菜单式的配置工具，用户可以方便地浏览和修改各种配置选项，而无需直接编辑配置文件。

选择“General setup”->”Local version”，输入自定义的本地内核版本号用以区分，以“-xiyangyang”为例。然后返回主页面，选择“File systems”，确保选项The Extended 4（ext4）filesystem前面是M，即ext4文件系统为模块化加载，若不是选中按“M”键。最后选择“save”保存.config配置文件即可。

6.开始编译

编译文件（使用4个核心）：

make -j4

 make -j4 是一个 make 命令的一种形式，其中的 -j4 参数表示同时并行运行 4 个任务。这个参数允许 make 在编译过程中同时处理多个文件，以提高编译速度。

在大型项目中，可能有很多文件需要编译，而这些文件之间可能存在依赖关系。通过并行运行多个任务，可以更有效地利用多核处理器的性能，加快整个构建过程。-j 参数后面可以跟一个数字，表示同时运行的任务数。在 make -j4 中，数字是 4，表示最多同时运行 4 个任务。如果你的计算机有更多的核心，你可以根据需要调整这个数字，以更好地利用计算资源。

7.安装模块：

make modules_install

make modules_install 是 Linux 内核源代码编译过程中的一个步骤，用于安装编译得到的内核模块。

在编译 Linux 内核时，内核模块通常是以动态链接共享库的形式存在的，而不是直接编译到内核中。这允许用户在运行时加载或卸载这些模块，以便根据需要扩展或减小内核的功能。

具体而言，make modules_install 会将编译好的内核模块复制到指定的目录，并可能更新相关的系统文件，以便系统能够正确地加载和使用这些模块。

8.安装内核：

make install 

make install 是在编译完 Linux 内核后，将编译好的内核及其相关文件安装到系统中的命令。这个命令的执行通常是在完成内核编译后，用于将编译得到的内核镜像文件（比如 vmlinuz）和相关的系统文件复制到适当的位置，以便系统能够启动并正确地加载新的内核。

9.重启并选择新内核：

reboot

 reboot 是一个用于重新启动计算机系统的命令。执行 reboot 将导致系统重新启动，关闭当前的会话，重新加载操作系统，并启动系统服务。

二、 新文件系统模块化

1.拷贝内核源码

拷贝内核源码文件夹下fs/ext4文件夹里的所有内容，放到其他位置。

( 1 ) 进入文件夹：

cd /usr/src/kernels/linux-4.20.2/fs

( 2 ) 复制该文件夹到/usr/src/kernels：

cp -r ext4 /usr/src/kernels/ext4edit 

3.代码修改

( 1 ) 打开ext4edit文件系统根目录下的Makefile文件,修改为：

obj-$(CONFIG_EXT4_FS) += ext4edit.o
ext4edit-y	:= balloc.o bitmap.o block_validity.o dir.o ext4_jbd2.o extents.o \
		extents_status.o file.o fsmap.o fsync.o hash.o ialloc.o \
		indirect.o inline.o inode.o ioctl.o mballoc.o migrate.o \
		mmp.o move_extent.o namei.o page-io.o readpage.o resize.o \
		super.o symlink.o sysfs.o xattr.o xattr_trusted.o xattr_user.o
KERNELDIR:=/usr/src/linux-4.14.160
PWD:=$(shell pwd)
ext4edit-$(CONFIG_EXT4_FS_POSIX_ACL)	+= acl.o
ext4edit-$(CONFIG_EXT4_FS_SECURITY)		+= xattr_security.o
default:
	make -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
clean:
	rm -rf *.o *.mod.c *.ko *.symvers

其中KERNELDIR变量为内核源代码位置，PWD变量为当前工作目录的绝对路径，也就是Ext4edit文件系统源码所在路径。在Makefile文件的最后再加上两行编译命令，用以编译模块和清除编译产生的文件。

( 2 ) 接着，找到文件夹里super.c，这是文件系统挂载是所要用到的文件。找到其中的结构体类型为file_system_type的变量 ext4_fs_type，修改其中的name字段和函数MODULE_ALIAS_FS()的参数为“ext4edit”。后者作用是设置模块别名。具体代码如下。

static struct file_system_type ext4_fs_type = {
	.owner		= THIS_MODULE,
	.name		= "ext4edit",
	.mount		= ext4_mount,
	.kill_sb	= kill_block_super,
	.fs_flags	= FS_REQUIRES_DEV,
};
MODULE_ALIAS_FS("ext4edit");

( 3 ) 然后找到sysfs.c文件，这是与顶层虚拟文件系统相关的文件。找到初始化函数ext4_init_sysfs（），修改里面第二行kobject_set_name()里的字段为“ext4edit”。具体代码如下。

int __init ext4_init_sysfs(void)
{
	int ret;
	kobject_set_name(&ext4_kset.kobj, "ext4edit");
	ext4_kset.kobj.parent = fs_kobj;
	ret = kset_register(&ext4_kset);
	if (ret)
		return ret;
	ret = kobject_init_and_add(&ext4_feat, &ext4_feat_ktype,
				   NULL, "features");
	if (ret)
		kset_unregister(&ext4_kset);
	else
		ext4_proc_root = proc_mkdir(proc_dirname, NULL);
	return ret;
}

至此，基于Ext4的新文件系统Ext4edit改写完成。
( 4 ) 我们可以修改该文件系统的代码，实现自定义的功能。例如，在该文件系统中添加写缓存提示功能。这个功能需要用到file.c文件。找到该文件后在该文件里ext4_file_write_iter（）函数，添加一条printk（）语句，打印提示信息。该函数用于写文件时延迟分配磁盘空间时，将数据按字节写入页缓存。添加的语句如下。

printk("Method ext4_file_write_iter() in file.c."); 

三、模块编译及动态静态加载 

1. 编译模块

重新打开命令行，并输入su命令和root密码获取超级权限。将文件系统的源码拷贝到/usr/src/目录下。
( 1 ) 进入模块文件夹：

cd /usr/src/kernels/ext4edit

( 2 ) 编译模块：

make

2.加载文件系统

insmod ext4edit.ko

如出现“Unknown symbol“错误，使用modinfo ext4edit.ko命令，查看模块信息，信息中有depends一项表示依赖的模块，使用modprobe先加载依赖的模块即可。Ext4edit文件系统依赖于mbcache和jbd2两个模块。

3.挂载文件系统

( 1 ) 进入/dev目录：

cd /dev

( 2 ) 创建块设备文件：

mknod -m 640 xiyangyang b 1 0

( 3 ) 格式化块设备文件

mkfs.ext4 xiyangyang

( 4 ) 进入/mnt目录：

cd /mnt

( 5 ) 创建xiyangyang文件夹：

mkdir xiyangyang

( 6 ) 挂载文件系统：

mount /dev/xiyangyang -t ext4edit /mnt/xiyangyang

( 7 ) 查看挂载信息：

df -T -h

执行结果的最后一条显示文件系统类型为ext4edit的文件系统已挂载在/mnt/yoching目录下，说明挂载完成。

进入/mnt/yoching目录下，使用“vim hello.txt”创建并打开名为hello.txt的文本文件，切换为INSERT模式写入“hello”，并按ESC，键入“：wq”保存并退出。输入“dmesg -c”查看后台信息，查看结果如下图所示。

4.卸载文件系统

( 1 ) 卸载文件系统：

umount  /mnt/xiyangyang

 查看特定的文件系统是否已经卸载，可以在mount命令中加上文件系统的挂载点

mount  grep /mnt/xiyangyang

这个命令将会在所有已经挂载的文件系统中搜索"/mnt/yoching"挂载点，并输出相关信息。如果该挂载点没有被找到，说明文件系统已经成功卸载。

( 2 ) 移除模块：

rmmod ext4edit