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Linux Kernel Development and Debugging on macOS

2025-06-02T00:00:00+00:00

我使用搭载Apple silicon的MacBook Pro, 通过Linux虚拟机跨平台编译x86_64内核, 开发和调试都在macOS中原生进行. Linux Kernel VRED (Vulnerability Research and Exploit Development)通常不修改内核代码, 不需要频繁编译.

Create Disk Image

Linux内核开发需要大小写敏感的文件系统. macOS文件系统默认大小写不敏感, 查看Create a blank disk image for storage, 创建一个大小写敏感的空白磁盘映像.

挂载创建的磁盘映像, 克隆Linux Kernel仓库. 默认挂载到/Volumes下.

Create Linux VM

我使用Parallels Desktop虚拟机管理程序创建Debian虚拟机, 也可以使用UTM, 开源免费.

安装Debian软件包:

sudo apt update
sudo apt install build-essential crossbuild-essential-amd64 bc bison flex libncurses-dev libelf-dev libssl-dev
sudo apt install debootstrap qemu-user-static # syzkaller create-image.sh required

共享大小写敏感的磁盘到虚拟机. 虚拟机需要安装Parallels Tools, 否则不会自动挂载共享的磁盘. 默认自动挂载到/media/psf下.

Compile

设置一些跨平台编译所需的环境变量:

export ARCH=x86_64
export CROSS_COMPILE=x86_64-linux-gnu-
export CC=x86_64-linux-gnu-gcc

生成默认的内核配置文件: make defconfig, 编辑.config文件启用下面的内核配置选项:

# Debug info for symbolization.
CONFIG_DEBUG_INFO_DWARF4=y

# Required for Debian Stretch and later
CONFIG_CONFIGFS_FS=y
CONFIG_SECURITYFS=y

更新内核配置文件: make olddefconfig, 编译内核: make -j`nproc`.

我使用Ctags和Cscope导航内核代码, 速度极快. Neovim需要安装第三方Cscope插件, 推荐使用cscope_maps.nvim.

Linux内核项目的Makefile中有tags和cscope目标, 生成各自依赖的索引文件. 仅对已编译的源文件生成索引文件, 可通过设置COMPILED_SOURCE环境变量实现.

all_target_sources()
{
	if [ -n "$COMPILED_SOURCE" ]; then
		all_compiled_sources
	else
		all_sources
	fi
}

Debugging

查看syzkaller的教程, 创建Debian Linux映像, 复制到共享磁盘.

使用QEMU运行Linux内核:

qemu-system-x86_64 \
	-m 2G \
	-smp 2 \
	-kernel <bzImage> \
	-append "console=ttyS0 root=/dev/sda net.ifnames=0" \
	-drive file=<stretch.img>,format=raw \
	-net user,host=10.0.2.31,hostfwd=tcp:127.0.0.1:2222-:22 \
	-net nic,model=e1000 \
	-nographic \
	-no-reboot \
	-pidfile vm.pid -s

参数说明查看System Emulation官方文档.

使用gdb + pwndbg调试内核, 推荐使用Nix安装pwndbg: nix profile install github:pwndbg/pwndbg.

First Patch to Linux Kernel

2025-05-30T00:00:00+00:00

Linux Kernel是地球最大的开源项目之一, 使用电子邮件工作流接受贡献.

推荐阅读Outreachyfirstpatch, 指导创建第一个Linux Kernel补丁. 官方文档查看Submitting patches.

Kernel Tree

Linux Kernel项目有许多代码仓库, 称之为树. 不同的子系统或功能在不同的子树中开发, 最终由Linus Torvalds将各个子树的补丁合并到mainline仓库.

Coding Style

Linux Kernel有严格的编码风格要求, 细节查看Linux kernel coding style. 违反编码风格的补丁会被维护者拒绝.

提交补丁前使用scripts/checkpatch.pl脚本检查编码风格, 如果违反编码风格的代码看起来更好, 那么最好保持原样, 常见的噪音查看CheckpatchTips.

Email Workflow

Linux Kernel使用电子邮件工作流, 补丁通过电子邮件发送给维护者, 维护者审查通过后合并到子树. 使用scripts/get_maintainer.pl脚本通过commit或文件查询维护者的邮件地址和相关邮件列表.

推荐使用git send-email发送补丁, sourcehut创建了基于此的电子邮件工作流教程git-send-email.

Patch Philosophy

Linux Kernel对补丁有严格的格式要求, 细节查看PatchPhilosophy.

下面是使用git format-patch生成的补丁示例:

From d446483f4cbfc8f89973fc2aea1f2e7351d73c43 Mon Sep 17 00:00:00 2001
From: Xingquan Liu <b1n@b1n.io>
Date: Fri, 30 May 2025 13:08:53 -0400
Subject: [PATCH] ...

[1]

Signed-off-by: Xingquan Liu <b1n@b1n.io>
---
[2]

 test | 0
 1 file changed, 0 insertions(+), 0 deletions(-)
 create mode 100644 test

diff --git a/test b/test
new file mode 100644
index 000000000000..e69de29bb2d1

Subject: [PATCH] ...是从补丁主题自动生成的邮件主题, 一般不直接修改, 而是使用git commit --amend修改commit, 并重新生成补丁. 补丁主题也有严格的格式要求, 细节查看Patch subject formatting. Signed-off-by: ...是一个补丁标签, 证明代码符合Developer Certificate of Origin, 详细解释查看PatchTipsAndTricks. 可以通过git config format.signOff yes命令启用自动补丁签署. 邮件主题下方[1]处是补丁描述. ---下方[2]处可以添加注释, 应用补丁时被忽略.

维护者审查补丁后, 可能会要求修改, 修改后再次生成补丁应使用git format-patch -v2命令. -v2参数会在邮件主题中添加版本号: Subject: [PATCH v2] .... 还需要在[2]处添加补丁版本说明:

Signed-off-by: Xingquan Liu <b1n@b1n.io>
---
v2:
- Made commit message more clear
- Corrected grammer in code comment
- Used new API instead of depreciated API

 test | 0

一系列相关的补丁合并为补丁集提交, 可以使用git format-patch --cover-letter命令, 将注释写在单独的文件中.

Reply Email

提交补丁后, 可能会需要一些讨论, 以确定最终方案, 开发者需要回复电子邮件参与讨论. Linux Kernel要求邮件是内联的纯文本格式, 禁用format=flowed, 自动换行和GPG签名, 并使用UTF-8编码. 推荐使用NeoMutt电子邮件客户端, 其他被认为纯文本支持良好的电子邮件客户端查看Use plain text email. 引用原始邮件内容时使用内联回复.

Quality of Cyber Life

2025-05-29T00:00:00+00:00

记录我在赛博世界的生活方式, 仅包含足以让感兴趣的人前进的指引. 推荐阅读The Missing Semester of Your CS Education.

Privacy Guides

真的需要仔细阅读Privacy Guides.

Keyboard Layout

我使用Colemak键盘布局, 并且将Caps Lock映射为Esc^[1]. 始终应该使用任何更高效, 更舒适的键盘布局替代QWERTY, 如果你的余生需要长时间敲击键盘.

Package Manager

我使用Homebrew和Nix包管理器, 分别用于管理GUI应用程序(Casks)和CLI软件包(Packages). 使用Determinate Nix Installer安装Nix.

Brewfile记录了我通过Homebrew安装的Casks, 通过brew bundle dump命令导出. nix-packages记录了我通过Nix安装的Packages, 通过nix profile list > nix-packages命令导出.

Terminal Emulator

我使用kitty终端模拟器, WezTerm也是个不错的选择.

kitty配置文件kitty.conf.

Font

我使用JetBrains Mono字体, 用于终端模拟器^[2]和博客.

Unix Shell

我使用Zsh, 配置文件目录zsh.

Version Control System

我使用Git DVCS (Distributed Version Control System), 并使用delta增强Git的输出.

Git配置文件config, delta配置文件delta.gitconfig.

Password Manager

我使用KeePassXC密码管理器, 配置文件keepassxc.ini. 一定要备份密码数据库文件!

Code Editor

我使用Neovim代码编辑器, 配置文件目录nvim.

Email Client

我使用NeoMutt电子邮件客户端. Linux Kernel使用电子邮件工作流.

配置文件目录neomutt.

OpenPGP Implementation

我使用GnuPG OpenPGP实现, 主要用于电子邮件加密和代码签名.

配置文件目录gnupg.

Software Development Platform

我主要使用GitHub软件开发平台, 一些重要的代码仓库会使用Codeberg, 再通过Mirror功能同步到GitHub.

Neovim需要频繁使用Esc切换模式. ↩
终端模拟器使用JetBrainsMono Nerd Font以显示大量图标. ↩