关于阿里云:如何使用-rust-写内核模块

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作者：卜比

近年来，Rust 语言以内存平安、高可靠性、零形象等能力取得大量开发者关注，而这些个性恰好是内核编程中所须要的，所以咱们看下如何用 rust 来写 Linux 内核模块。

尽管 Rust 反对曾经在 LinuxKernel6.1 版本合并到主线了，所以实践上来说，开发者能够应用 Rust 来为 Linux6.1 写内核模块。

但理论开发工作中，内核版本不是最新的，比方 Debian 11 的内核就是 5.10 版本的，那么在这种状况下，该如何用 Rust 写内核模块呢？

Rust 如何向内核注册回调、如何调用内核代码。Rust 和 C 的互操作性
Rust 如何编译到指标平台上。Rust 的 target 配置
Rust 如何申明内核模块入口、并增加非凡 section。Rust 内核模块的二进制约定

第一个问题基本上就是 C 和 Rust 的互操作性了。

得益于 Rust 的抽象层次，C 语言和 Rust 的相互调用都是比拟容易的。rust 官网也提供了 bindgen 这样，依据 .h 文件生成 .rs 文件的库。

这样一来，貌似间接应用 bindgen 将内核头文件翻译成 .rs 就能够了？

但还有一个问题，如何获取内核头文件门路呢？

能够应用一个 dummy 内核模块，在编译过程中把编译参数导出来，其中蕴含了头文件门路，编译参数等，用于 bindgen 生成代码。

内核模块和一般的程序相比，次要的不同在于：

内核模块是 freestanding 的，没有 libc、内存调配也比拟原始
内核模块对于异样解决等有非凡约定

Rust 提供了 no_std 机制，能够让 rust 代码编译成 freestanding 二进制；Rust 也提供了自定义 target 的形式，能够自定义申明生成二进制的标准。

内核对内核模块有一些约定：

通过 .modinfo 等 section 来申明模块信息
提供 init_module、cleanup_module 来提供内核模块的装置和卸载性能

在这一块，Rust 提供了 link_section 来自定义 section，也反对 extern “C” 来导出函数。

此外，这些底层的操作，能够由内核提供一些 C 语言宏来简化代码，Rust 也提供了宏，能够用来做相似的事件。

说了这么多，咱们来看一个带正文的例子：

#![no_std]
// no_std 用于示意没有 std 库，即 freestanding 环境
extern crate alloc;

use alloc::borrow::ToOwned;
use alloc::string::String;

// 咱们以 printk 为底层，提供了 println
use linux_kernel_module::println;

// 这个 struct 代表内核模块
struct HelloWorldModule {message: String,}

// 实现内核模块初始化办法
impl linux_kernel_module::KernelModule for HelloWorldModule {fn init() -> linux_kernel_module::KernelResult<Self> {println!("Hello kernel module from rust!");
        Ok(HelloWorldModule {message: "on the heap!".to_owned(),
        })
    }
}

// 提供内核模块卸载办法
impl Drop for HelloWorldModule {fn drop(&mut self) {println!("My message is {}", self.message);
        println!("Goodbye kernel module from rust!");
    }
}

// 通过 kernel_module 宏，export 了内核模块的相干信息
linux_kernel_module::kernel_module!(
    HelloWorldModule,
    author: b"Fish in a Barrel Contributors",
    description: b"An extremely simple kernel module",
    license: b"GPL"
);

具体的构建和运行：

$ cd linux-kernel-module-rust/hello-world
$ RUST_TARGET_PATH=$(pwd)/.. cargo +nightly xbuild --target x86_64-linux-kernel-module
$ make
$ insmod helloworld.ko
$ rmmod helloworld
$ dmesg | tail -n 3
[521088.916091] Hello kernel module from rust!
[521174.204889] My message is on the heap!
[521174.204891] Goodbye kernel module from rust!

已在内核 5.10.0-17-amd64 上测试。

具体的代码以及相干配置，能够参考 GitHub 仓库：https://github.com/robberphex…

VSCode 反对

因为 rust-analyzer 对于自定义 target，多模块的反对不够，所以咱们临时须要手动配置下 settings.json 能力失常开发：

{
    "rust-analyzer.cargo.extraEnv": {"RUST_TARGET_PATH": "/root/linux-kernel-module-rust"},
    "rust-analyzer.cargo.target": "x86_64-linux-kernel-module",
    "rust-analyzer.server.extraEnv": {
        "RA_LOG": "lsp_server=debug",
        "RUST_TARGET_PATH": "/root/linux-kernel-module-rust"
    },
    "rust-analyzer.trace.server": "verbose",
    "rust-analyzer.linkedProjects": [
        "hello-world/Cargo.toml",
        "Cargo.toml"
    ],
}

其余高级性能

比方字符设施、sysctl 等性能，能够参考我的项目中相干的测试代码。

和 Rust-for-Linux 放弃 API 统一。（Rust-for-Linux 例子：https://github.com/Rust-for-L…）
Rust 提供的内存安全性、零形象等能力，恰好是内核畛域亟需的个性和能力。比方内核态如果呈现内存透露、野指针，一会造成很大影响、二来也很难调试。在这个畛域，咱们能够借助 Rust 的能力来结构更加平安、更大的我的项目。

原始我的项目是 fishinabarrel/linux-kernel-module-rust，但目前提醒应用 rust-for-linux，曾经 archived。然而，思考到目前旧版本内核还有很多，所以我从新修复了这个我的项目的一些环境，让大家在旧版本内核上可能用 Rust 编写内核模块。

正文完