Linux内核编译与qemu-gdb调试

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Linux内核编译与qemu-gdb调试

内核下载

官方下载链接https://mirrors.edge.kernel.org/pub/

清华源https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/

我下载的是4.4版本的内核，因为准备要复现一下dirty-cow脏牛的漏洞

内核编译

  1. 下载到本地，解压，然后进入linux-4.4目录
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tar xvf linux-4.4.tar.xz
cd linux-4.4
  1. 设置架构信息，根据自己的需求，如果是别的架构需要用交叉编译工具
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export ARCH=x86
  1. 设置配置信息，选择我们需要的“菜单”，选择对应架构的“菜单”，这样内核才不会上错菜是吧
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make x86_64_defconfig
  1. 配置内核
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make menuconfig

然后就会出现一个界面

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这一步其实是对第2步的菜单进行微调，我们需要内核支持ramdisk驱动，所以需要选中如下配置：

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General setup  --->
      ----> [*] Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support
   Device Drivers  --->
      [*] Block devices  --->
              <*>   RAM block device support
              (65536) Default RAM disk size (kbytes) 
              这里4096改成65536

这里是ramdisk相关介绍https://www.cnblogs.com/chen-farsight/p/6119901.html

如果要启动debug，关闭地址随机化，不然断点处无法停止。

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Kernel hacking  ---> 
2    [*] Kernel debugging
3    Compile-time checks and compiler options  --->
4        [*] Compile the kernel with debug info
5        [*]   Provide GDB scripts for kernel debuggin
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8Processor type and features ---->
9    [] Randomize the address of the kernel image (KASLR)
  1. 编译内核
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make

编译成功后的内核位于：arch/x86_64/boot/bzImage

image-20211019205348701

编译busybox

下载地址

https://busybox.net/downloads/

我下载的是1.34.1版本

  1. 解压busybox

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    tar xvf busybox-1.34.1.tar.bz2

  2. 配置busybox源码

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    make menuconfig
   
Settings  --->
            [*] Build BusyBox as a static binary (no shared libs) 
因为busybox是最小的文件系统，是不带C库的，所以这个选项是一定要选择的,这样才能把busybox编译成静态链接的可执行文件,运行时才独立于其他函数库.否则必需要其他库文件才能运行,在单一个linux内核不能使他正常工作。

    make报错看https://www.cnblogs.com/rose-/p/12991456.html，原因是版本太老，要改Makefile

  3. 编译和安装

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    make && make install

  4. 编译好了会放在根目录的_install里边，我们可以看到文件都指向了_install里边的bin文件夹下的busybox

    image-20211019212345871

然后可以看到busybox是个ELF可执行文件，实际上上面那些文件就是软连接到busybox这个文件，然后busybox根据名字判断调用相对应的函数

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我们还需要补充一些必要的文件或目录，因为现在我们只有一些目录，并不是一个完整的文件系统，内核启动的时候它是无法识别目录的，所以我们还要将_install下面的这些目录打包成内核可以识别的文件系统：

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mkdir etc dev mnt
mkdir -p proc sys tmp mnt
mkdir -p etc/init.d/ 
vim etc/fstab   
#这里是一些文件的挂载信息，busybox启动就会从这里读取，并会自动的将文件中指定的文件系统挂载到指定的目录
#proc：虚拟文件系统，在linux系统中被挂载与/proc目录下。里面的文件包含了很多系统信息，比如cpu负载、 内存、网络配置和文件系统等等。
#tmpfs：虚拟内存文件系统，使用内存作为临时存储分区，掉电之后会丢失数据，创建时不需要使用mkfs等格式化
#sysfs：虚拟内存文件系统，2.6内核之前没有规定sysfs的标准挂载目录，但是在2.6之后就规定了要挂载到/sys目录下，它的作用类似于proc，但除了与 proc 相同的具有查看和设定内核参数功能之外，还有为 Linux 统一设备模型作为管理之用。
#<file system>        <dir>         <type>    <options>             <dump> <pass> 
proc        /proc           proc         defaults        0        0
tmpfs       /tmp            tmpfs    　　defaults        0        0
sysfs       /sys            sysfs        defaults        0        0

vim etc/init.d/rcS
/bin/mount -a  #就是把上面fstab的东西挂载
echo -e "Welcome to tinyLinux"
/bin/mount -a
echo -e "Remounting the root filesystem"
#把根文件系统重新挂载一次，这样就变成可读可写
mount  -o  remount,rw  / 
mkdir -p /dev/pts
mount -t devpts devpts /dev/pts  #挂载文件系统
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug  #热插拔
mdev -s

chmod 755 etc/init.d/rcS
vim etc/inittab   #这个也是busybox启动会读取的文件
#label:runlevel:action:process 
::sysinit:/etc/init.d/rcS    #让系统启动时就运行rcS  sysinit 在运行boot或bootwait进程之前运行
::respawn:-/bin/sh           #respawn 不管何时终止都重新启动进程
::askfirst:-/bin/sh          #askfirst和respawn相同，只是在运行前提示"Please press Enter to activate this console."
::ctrlaltdel:/bin/umount -a -r   #ctrlaltdel 当Ctrl+Alt+Del三个键同时按下时运行，把SIGINT信号发送给init。忽略runlevel

chmod 755 etc/inittab
cd dev
mknod console c 5 1
mknod null c 1 3
mknod tty1 c 4 1 
c表示特殊文件是面向字符的设备（其他设备） 第一个数字主设备号  第二个数字次设备号

这样busybox文件系统就编译好了

制作根文件系统镜像文件

  1. 先制作一个空的镜像文件；

  2. 然后把此镜像文件格式化为ext3格式；

  3. 然后把此镜像文件挂载，并把根文件系统复制到挂载目录；

  4. 卸载该镜像文件。

  5. 打成gzip包。

要在busybox目录下运行脚本

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#!/bin/bash
dd if=/dev/zero of=./rootfs.img bs=1M count=32  #创建一个32M的文件
mkfs.ext4 rootfs.ext4  #格式化为ext3
mkdir fs
sudo mount -t ext4 -o loop rootfs.img ./fs  #loop 用来把一个文件当成硬盘分区挂接上系统
cp -rf ./_install/* ./fs
umount ./fs

最终生成的文件系统镜像名字为：rootfs.img.gz

用QEMU启动内核和文件系统

安装qemu模拟器sudo apt install –install-suggests qemu

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-kernel # 指定编译好的内核镜像

-hda  # 指定硬盘

-append "root=/dev/sda" 指示根文件系统 console=ttyS0  把QEMU的输入输出定向到当前终端上

-nographic 不使用图形输出窗口

-s 是-gdb tcp::1234缩写，监听1234端口，在GDB中可以通过target remote localhost:1234连接

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qemu-system-x86_64 -kernel ./linux-4.4/arch/x86_64/boot/bzImage  -hda ./busybox-1.34.1/rootfs.img  -append "root=/dev/sda console=ttyS0" -nographic

Ctrl+A 松开后按 X 退出qemu

内核函数调试

启动命令中添加-s参数与-S参数启动qemu

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qemu-system-x86_64 -kernel ./linux-4.4/arch/x86_64/boot/bzImage  -hda ./busybox-1.34.1/rootfs.img  -append "root=/dev/sda console=ttyS0" -s -S -smp 1 -nographic

运行完发现QEMU没有启动系统，因为要在gdb调试vmlinux才能运行

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gdb linux-4.4/vmlinux
(gdb) target remote:1234
(gdb) b new_sync_read
(gdb) c
Continuing.

然后在qemu里输入ls触发new_sync_read