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Linux 内核裁剪与功能扩展实验报告

一、实验目的

1. 熟悉 Linux 内核源码的结构与编译方法。
2. 掌握内核裁剪的基本思想与方法。
   • 本实验要求：禁止使用 menuconfig 等配置工具，只能通过修改内核源码实现裁剪。
3. 学习如何扩展内核功能，以验证修改效果。

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二、实验环境

• VMware Workstation / Fusion
• Ubuntu 22.04.5 LTS (Server，无图形界面)
• gcc、make、binutils、libncurses-dev、bison、flex、libssl-dev、libelf-dev

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三、实验步骤

1. 内核源码准备

cd ~
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.1.101.tar.xz
tar -xvf linux-6.1.101.tar.xz
cd linux-6.1.101

复制当前内核配置作为基准：

cp /boot/config-$(uname -r) .config
yes "" | make oldconfig

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2. 源码级内核裁剪（禁止使用 menuconfig）

实验要求：通过 直接修改 .config 文件或源码控制宏 来裁剪。

(1) 裁剪文件系统

打开 .config，搜索并修改：

# CONFIG_REISERFS_FS is not set
# CONFIG_JFS_FS is not set
# CONFIG_HFS_FS is not set
# CONFIG_HFSPLUS_FS is not set

这些文件系统在 VM 实验环境中不需要。

(2) 裁剪网络协议

同样在 .config 中注释掉：

# CONFIG_IPDDP is not set
# CONFIG_APPLETALK is not set
# CONFIG_DECNET is not set
# CONFIG_BT is not set

(3) 裁剪驱动

若虚拟机仅需要 virtio 驱动，可关掉多余的硬件支持：

# CONFIG_NET_VENDOR_3COM is not set
# CONFIG_NET_VENDOR_ADAPTEC is not set
# CONFIG_NET_VENDOR_INTEL is not set
# CONFIG_WLAN is not set

(4) 通过修改 Kconfig/Makefile 禁用模块

例如：在 drivers/net/Kconfig 里直接注释不需要的驱动配置项；
或在 drivers/net/Makefile 去掉对应的 obj-$(CONFIG_xxx) 行。

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3. 内核功能扩展（增加一个系统调用）

(1) 新增系统调用函数

编辑 kernel/sys.c 末尾添加：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/syscalls.h>SYSCALL_DEFINE0(hello_syscall)
{printk(KERN_INFO "Hello, Linux kernel is modified (by source editing)!\n");return 2025;
}

(2) 注册系统调用号

修改 arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl：
找到未使用编号，例如 449：

449    common   hello_syscall     sys_hello_syscall

(3) 添加声明

在 include/linux/syscalls.h 中添加：

asmlinkage long sys_hello_syscall(void);

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4. 编译与安装内核

make -j$(nproc)
sudo make modules_install
sudo make install
sudo update-grub
sudo reboot

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5. 验证实验结果

(1) 验证裁剪成果：
进入新内核后，检查裁剪掉的特性不再存在：

zcat /proc/config.gz | grep REISERFS

输出应为空或未设置。

(2) 验证系统调用：
编写用户态测试程序：

// hello_test.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>#define __NR_hello_syscall 449int main() {long res = syscall(__NR_hello_syscall);printf("Syscall returned: %ld\n", res);return 0;
}

编译运行：

gcc hello_test.c -o hello_test
./hello_test

输出：

Syscall returned: 2025

同时内核日志：

dmesg | tail -n 5

应出现：

Hello, Linux kernel is modified (by source editing)!

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四、实验结果与截图说明

1. 内核配置文件中不再包含 ReiserFS 等裁剪项。
2. uname -r 显示新编译内核版本。
3. 用户态程序成功调用新增系统调用，返回值 2025。
4. dmesg 日志显示内核输出。

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五、实验分析与思考

1. 裁剪方法对比

   • 使用 menuconfig 是最常见的方法，但本实验通过 直接编辑 .config 与源码 达成效果，更加底层。
   • 这种方式适合自动化脚本、批量裁剪场景。

2. 扩展功能的思考

   • 我们通过新增系统调用验证了可以修改内核源代码。
   • 实际上，更推荐通过 内核模块（LKM） 扩展功能，而不是直接修改内核源码，因为维护性更好。

3. 安全性考虑

   • 新增的系统调用默认对所有用户可见，如果涉及敏感功能，应增加访问权限检查。

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六、结论

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