内核可加载模块(LKM)的探索和实现

[Godones]

目标：在Rust实现的内核中引入LKM的支持

组件库: rkm

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12.13-12.19 进展：

• 实现lwprintf的rust绑定 https://crates.io/crates/lwprintf-rs
  • 该库主要用于和C库的交互，一些C库可能会使用类似printf的打印功能
  • 来自Linux的模块中也使用类似功能
• kmod的推进 Add basic support for Rust LKM.
  • 完成riscv64架构上的重定位基本支持
  • 完成loongarch64架构上的重定位基本支持
  • starry可以加载使用Rust实现的简单LKM

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12.20-12.26进展：

• kmod的推进
  • 增加 aarch64架构的重定位基本支持 add x86-64 and aarch64 support.
  • 增加 x86-64架构的重定位基本支持
  • 修复大量算数溢出以及其它错误 Update symbol handling and relocation logic across architectures
  • 增加linux kernel数据结构的rust bindings，并修改相应的加载逻辑 add kbindings crate and module metadata macros
• Starry的适配 Add dynamic kernel module loading and example module
  • 增加了编译脚本，自动化编译kmod并附带一个简单输出hello world 的kmod
  • 实现delete_module/init_module 两个系统调用，可以使用insmod/rmmod命令
  • 通过各个架构的基本验证

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12.27 - 1.9进展

• lwprintf-rs库的修复 https://github.com/Godones/lwprintf-rs
  • 修复了lwprintf的原有实现中关于浮点数配置相关的错误 fix float fmt error
  • 修复lwprintf-rs中的编译错误，启用特定c编译参数并禁用浮点数
• kmod 相关推进
  • 搭建riscv64架构的开发环境，编译LKM，检查C数据结构并修改Rust侧的数据结构定义
  • 搭建arm64架构的开发环境，同riscv64架构相同操作
  • 修复loader的加载逻辑，增加架构相关的kbindings Refactors module loading and parsing, adds arch bindings
  • 查阅Linux的配置信息，增加LKM编译选项阻止生成无关section
  • 引入axerror库规范错误处理，并添加LKM参数的基本定义，loader添加更多的检查 Refactors error handling and adds kernel param support
  • 添加LKM参数的完整定义和解析，补充对应的测试，loader加入参数解析流程 Adds kernel module parameter parsing and attributes
• Starry的扩展
  • 通过lwprintf-rs库实现Linux内核的_printk功能
  • 支持加载Linux下编译的LKM运行(rv64/arm64)

[Godones]

• 对kmod库补充了lkm的示例以及文档说明 https://github.com/Starry-OS/kmod
• 为Starry补充了finit_module 系统调用 Adds finit_module syscall support and refactors module handling.
• 验证模块参数的支持情况，可正确初始化模板参数
• 阅读石磊老师之前关于arceos使用lkm的工作
• 简单分析了null_blk模块，其依赖的Linux内核功能相对较少，是一个很好的例子来展示kmod的能力，而ext2/4等包含太多复杂依赖

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• 进一步在kmod中添加Linux内核功能(通用功能)支持 Add kernel-style API and helpers for string, memory, and module params.
  • 增加字符串系列处理函数接口
  • 增加内存系列处理函数接口
  • 修改内核头文件bindings到6.17(riscv64)
• 支持加载Linux null_blk 模块，但当前仍然无法实现块设备的读写 Adds block device and kernel API shims for null_blk support
  • 在Starry增加了null_blk依赖的内核符号默认空实现
  • 实现了部分Linux mq子系统的接口从而支持加载null_blk 模块
  • 补充一些输出格式化的接口

[Godones]

• rkm库的改进
  • 改为从.rlib中生成.ko，从而解决module和kernel未使用相同编译产物的问题，关闭LTO，避免生成链接器无法识别的内容。Switches Rust kernel modules to .rlib output and disables LTO
  • 补充组件文档和示例
• 在Arceos中添加.ko 的编译处理 add kernel module build target
• starry中重构ko编译脚本，将module的依赖和kernel的依赖统一，从而使用相同编译产物 Refactors kernel module build system and adds eBPF example
• 将eBPF的一部分功能实现拆分到单独的kebpf module中，只有加载kebpf，eBPF相关的app才能正常运行，这意味着已经可以加载使用Rust实现的复杂module，目前，该功能可在riscv64架构上运行。Moves eBPF syscall handling to kernel module