从 0 开始学 Linux 驱动开发(一)

深藏阁楼爱情的钟 2023-09-24 06:35 49阅读 0赞

2019年01月02日

经验心得

・

404专栏

前言

Everything start from Hello World

编译驱动

加载驱动到内核

查看结果

在/dev下增加设备文件

知识点1 -- 驱动分类

知识点2 -- 主次编号

知识点3 -- 驱动是如何提供API的

知识点4 -- 在/dev下生成相应的设备

总结

参考

作者：Hcamael@知道创宇404实验室

英文版本：https://paper.seebug.org/976/

最近在搞IoT的时候，因为没有设备，模拟跑固件经常会缺，所以我就开始想，我能不能自己写一个驱动，让固件能跑起来？因此，又给自己挖了一个很大坑，不管最后能不能达到我的初衷，能学到怎么开发Linux驱动，也算是有很大的收获了。

我写的这个系列以实践为主，不怎么谈理论，理论可以自己去看书，我是通过《Linux Device Drivers》这本书学的驱动开发，Github上有这本书中讲解的实例的代码\[1\]。

虽然我不想谈太多理论，但是关于驱动的基本概念还是要有的。Linux系统分为内核态和用户态，只有在内核态才能访问到硬件设备，而驱动可以算是内核态中提供出的API，供用户态的代码访问到硬件设备。

有了基本概念以后，我就产生了一系列的问题，而我就是通过我的这一系列的问题进行学习的驱动开发：

一切代码的学习都是从Hello World开始的，怎么写一个Hello World的程序？

驱动是如何在/dev下生成设备文件的？

驱动怎么访问实际的硬件？

因为我毕竟是搞安全的，我会在想，怎么获取系统驱动的代码？或者没有代码那能逆向驱动吗？驱动的二进制文件储存在哪？以后有机会可能还可以试试搞驱动安全。

提供我的Hello World代码\[2\]：

Linux下的驱动是使用C语言进行开发的，但是和我们平常写的C语言也有不同，因为我们平常写的C语言使用的是Libc库，但是驱动是跑在内核中的程序，内核中却不存在libc库，所以要使用内核中的库函数。

比如可以类比为libc中的，这是在内核中定义的一个输出函数，但是我觉得更像Python里面logger函数，因为的输出结果是打印在内核的日志中，可以使用命令进行查看

驱动代码只有一个入口点和一个出口点，把驱动加载到内核中，会执行函数定义的函数，在上面代码中就是函数。当驱动从内核被卸载时，会调用函数定义的函数，在上面代码中就是函数。

上面的代码就很清晰了，当加载驱动时，输出，当卸载驱动时，输出

PS：和这两个不是很重要，我又不是专业开发驱动的，所以不用关注这两个

PSS: 输出的结果要加一个换行，要不然不会刷新缓冲区

编译驱动

驱动需要通过make命令进行编译，如下所示:

一般情况下，内核的源码都存在与目录下

比如：

而我们需要的是编译好后的源码的目录，也就是

驱动代码的头文件都需要从该目录下进行搜索

该参数表示，驱动编译的结果输出在当前目录下

最后通过命令，表示把编译出, 这个ko文件就是内核模块文件

加载驱动到内核

需要使用到的一些系统命令：

: 查看当前已经被加载的内核模块

: 加载内核模块，需要root权限

: 移除模块

比如:

旧版的内核就是使用上面这样的方法进行内核的加载与移除，但是新版的Linux内核增加了对模块的验证，当前实际的情况如下:

从安全的角度考虑，现在的内核都是假设模块为不可信的，需要使用可信的证书对模块进行签名，才能加载模块

解决方法用两种:

进入BIOS，关闭UEFI的Secure Boot

向内核添加一个自签名证书，然后使用证书对驱动模块进行签名，参考\[3\]

查看结果

![fc0eaee1befdafee1ff2881e424afd2a.png][]

同样先提供一份代码，然后讲解这份实例代码\[4\]

知识点1 -- 驱动分类

![7e198437cd015fc656fb1258b3d0e73b.png][]

驱动分为3类，字符设备、块设备和网口接口，上面代码举例的是字符设备，其他两种，之后再说。

如上图所示，权限栏，b开头的表示块设备(block)，c开头的表示字符设备(char)

知识点2 -- 主次编号

主编号用来区分驱动，一般主编号相同的表示由同一个驱动程序控制。

一个驱动中能创建多个设备，用次编号来区分。

主编号和次编号一起，决定了一个驱动设备。

如上图所示,

设备和的主编号为8，一个此编号为0一个此编号为1

知识点3 -- 驱动是如何提供API的

在我的概念中，驱动提供的接口是，在Linux下，所以对驱动设备的操作其实就是对文件的操作，所以一个驱动就是用来定义，打开/读/写/......一个将会发生啥，驱动提供的API也就是一系列的文件操作。

有哪些文件操作？都被定义在内核\[5\]头文件中，结构体

上面我举例的代码中：

我声明了一个该结构体，并赋值，除了，其他成员的值都为函数指针

之后我在函数中，使用向每个驱动设备，注册该文件操作结构体

比如我对该驱动设备执行open操作，则会去执行函数，相当于hook了系统调用中的函数

知识点4 -- 在/dev下生成相应的设备

对上面的代码进行编译，得到scull.ko，然后对其进行签名，最后使用加载进内核中

查看是否成功加载：

![cdfbace80492f2133f0fcf4e0dd95aae.png][]

虽然驱动已经加载成功了，但是并不会在/dev目录下创建设备文件，需要我们手动使用进行设备链接:

![209340c035a9d287699c6ac8a88be0e5.png][]

在该实例中，并没有涉及到对实际物理设备的操作，只是简单的使用在内核空间申请一块内存。代码细节上的就不做具体讲解了，都可以通过查头文件或者用Google搜出来。

再这里分享一个我学习驱动开发的方法，首先看书把基础概念给弄懂，细节到需要用到的时候再去查。

比如，我不需要知道驱动一共能提供有哪些API(也就是file\_operations结构都有啥)，我只要知道一个概念，驱动提供的API都是一些文件操作，而文件操作，目前我只需要，其他的等有需求，要用到的时候再去查。

https://github.com/jesstess/ldd4

https://raw.githubusercontent.com/Hcamael/Linux\_Driver\_Study/master/hello.c

https://jin-yang.github.io/post/kernel-modules.html

https://raw.githubusercontent.com/Hcamael/Linux\_Driver\_Study/master/scull.c

https://raw.githubusercontent.com/torvalds/linux/master/include/linux/fs.h

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知道创宇404实验室，是国内黑客文化深厚的网络安全公司知道创宇最神秘和核心的部门，长期致力于Web 、IoT 、工控、区块链等领域内安全漏洞挖掘、攻防技术的研究工作，团队曾多次向国内外多家知名厂商如微软、苹果、Adobe 、腾讯、阿里、百度等提交漏洞研究成果，并协助修复安全漏洞，多次获得相关致谢，在业内享有极高的声誉。

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