原型内核和模块答案

【问题标题】：Prototype Kernel and modules原型内核和模块
【发布时间】：2011-09-26 08:59:22
【问题描述】：

最近我拿起了我的一个旧项目并重新启动它，几乎是从头开始。我已经病了一段时间，所以我有时间努力打击并实现大量功能。然而，我觉得实现一个好主意的一件事是模块加载。我想做内核模式动态加载模块。

modules这个词有点含糊，正确的说法是加载库，例如C library的小型实现内核模式 驱动程序或标准的东西，例如 IRQ 0 和 1 上的 PIT 和键盘。我试图实现的方法有点自我维持；在我的内核将加载的模块方面，将在内核本身中用于进入用户模式。

例如，我的内核使用了我自己实现的 C 库中的极少数函数。这些函数本身用于设置我的 GDT、IDT、IRQ、ISR 等。我想将这些函数抽象为内核可以加载和使用的库。这意味着内核本身将需要在第一阶段加载模块，然后再进行任何设置。

现在，我自己想到了几种方法来做到这一点，例如向这个库添加一个结构，其中包含一个函数指针表，这些函数指针分配了库本身中函数的地址。将库编译为 aout-kludge 文件，将库作为 void * 加载到内核中（这没关系，因为我有一个工作分配器），然后弄清楚结构的偏移量，如此多地进入 void 指针，并在内核中重新创建结构。这听起来好像行不通，因为需要分配函数指针表，这意味着库本身中需要有一个初始化函数。就算我知道地址怎么称呼？

我对如何实现这样的加载程序一无所知，这是否值得？我想尽可能多地抽象，我的内核具有模块化设计。我也确实希望用这种方法加载驱动程序和其他东西，我只是不确定我将如何实现它。我已经尝试了各种方法，但都失败了。我该怎么办？

【问题讨论】：

标签： c module kernel osdev

【解决方案1】：

我建议您首先在用户空间中编写一个动态加载器。所需的技术非常相似，您可以稍后将大部分代码调整到内核空间。此外，不要使用 a.out 并且不要编写自己的“函数指针表”——使用更现代的格式，例如 ELF。编译时工具已经存在，因此这将为您节省大量精力；您可以编写适当的链接器脚本并直接从 Linux GCC 构建。

事实上，Windows 内核的作用与您所说的非常相似——Windows 内核 (ntoskrnl.exe) 是一个 PE 可执行文件，它在来自各种 DLL（PSHED.dll、HAL.dll、KDCOM.dll）的例程中链接、CLFS.sys 和 Cl.dll 在我的系统上）。在这种情况下，NTLDR 程序将 ntoskrnl.exe 所需的所有文件加载到内存中，然后 ntoskrnl.exe 中的引导存根执行动态链接。稍后，同样的动态链接器也可用于加载其他驱动程序。

【讨论】：

【解决方案2】：

实现内核模块并非易事。这有点复杂，您需要阅读 ELF 文档以进行编码。我将尝试在这里为您提供一些见解-

在用户空间中，可执行文件需要共享库来实现它们的某些功能或代码。因此，可执行文件中的代码将引用共享库中的代码。这导致了符号的发展。符号表示指向数据/函数/其他的指针并有一个名称。

CHAR VariableName[20];

例如，在上面的代码中，将创建一个名为“VariableName”的数据符号。在动态/共享库的“发明”之后，必须加载符号表（二进制中的符号集）以解析库中可执行文件的引用。但是符号表中存在大量调试符号和无用符号。

Symbol: Main.c

例如，在符号表中，即使是 C 源文件的符号也会出现以进行调试。但这不是在运行时解析引用所必需的。在这里，动态符号的概念出现了。

动态链接是指解析二进制文件之间的引用。动态链接器将使用动态符号表（必须加载而“普通”符号表不必加载）来解析可执行文件在库中的引用。

现在，在作为可执行文件的内核内核中，共享库（内核模块）中没有引用。但是共享库在可执行文件中引用。因此，可执行文件必须包含用于解析内核模块中的引用的动态符号。这与用户空间的情况相反。因此，如果您使用 ld，

-pie -T LinkerScript.ld

选项应该用于在内核可执行文件中创建动态符号表。

你应该创建一个 LinkerScript.ld 文件 -

/* File: LinkerScript.ld */
PHDRS {
  kernel PT_LOAD FILEHDR;/* This declares a segment in which your code/data is.*/
  dynamic PT_DYNAMIC;/* Segment containing the dynamic table (not DST). */
}

SECTIONS {
    /* text, data, bss sections must be implemented already */
    .dynamic ALIGN(0x1000) : AT(ADDR(.dynamic) - KERNEL_OFFSET)
    { 
       *(.dynamic) 
    } :dynamic/* add :kernel to text, data, bss*/
}

具有上述结构。确保您的 .text、.data 和 .bss 部分已经存在，并且 :kernel 已添加到部分描述符的末尾。

有关更多信息，请阅读 ELF 文档和 LD 手册（了解链接器脚本）。

【讨论】：