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探索从 vmlinux 中抓取 Linux 内核 config 文件

Wu Zhangjin 创作于 2019/07/22
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By Falcon of TinyLab.org Jul 18, 2019

背景简介

最近两周在忙活 Linux Lab V0.2 RC1，其中一个很重要的目标是添加国产龙芯处理器支持。

在添加龙芯 ls2k 平台的过程中，来自龙芯的张老师已经准备了 vmlinux 和 dtb，还需要添加配置文件和源代码，但源码中默认的配置编译完无法启动，所以需要找一个可复用的内核配置文件。

在张老师准备的内核 vmlinux 中，确实有一个 /proc/config.gz，说明内核配置文件已经编译到内核了，但是由于内核没有配置 nfs，尝试了几次没 dump 出来。

当然，其实也可以用 zcat /proc/config.gz 打印到控制台，然后再复制出来，这个时候要把控制台的 scrollback lines 设置大一些，但是没那么方便。

极速体验

这里讨论另外一个方法，这是张老师分享的一个小技巧，那就是直接用 Linux 内核源码下的小工具：script/extract-ikconfig。

$ cd /path/to/linux-kernel
$ scripts/extract-ikconfig /path/to/vmlinux

执行完的结果跟 zcat 一致，需要保存到文件，可以这样：

$ scripts/extract-ikconfig /path/to/vmlinux > kconfig

需要注意的是，这个前提是配置内核时要开启 CONFIG_IKCONFIG 选项。而如果要拿到 /proc/config.gz，还得打开 CONFIG_IKCONFIG_PROC。

原理分析

大概的原理我们来剖析一下。

Makefile

初始化 KCONFIG_CONFIG：

KCONFIG_CONFIG ?= .config

kernel/Makefile

把 .config 用 gzip 压缩了一份，放到了 kernel/config_data.gz：

$(obj)/configs.o: $(obj)/config_data.gz

targets += config_data.gz
$(obj)/config_data.gz: $(KCONFIG_CONFIG) FORCE
	$(call if_changed,gzip)

kernel/configs.c

把 kernel/config_data.gz 放到 .rodata section，并在前后加了字符串标记：IKCFG_ST 和 IKCFG_ED：

/*
 * "IKCFG_ST" and "IKCFG_ED" are used to extract the config data from
 * a binary kernel image or a module. See scripts/extract-ikconfig.
 */
asm (
"       .pushsection .rodata, \"a\"             \n"
"       .ascii \"IKCFG_ST\"                     \n"
"       .global kernel_config_data              \n"
"kernel_config_data:                            \n"
"       .incbin \"kernel/config_data.gz\"       \n"
"       .global kernel_config_data_end          \n"
"kernel_config_data_end:                        \n"
"       .ascii \"IKCFG_ED\"                     \n"
"       .popsection                             \n"
);

scripts/extract-ikconfig

通过 grep -abo 去找到 kconfig data 的位置。-abo 的意思是：-a 把二进制文件当 text 处理，-b 打印字节偏移，-o 只打印要匹配的字符串：

dump_config()
{
        if      pos=`tr "$cf1\n$cf2" "\n$cf2=" < "$1" | grep -abo "^$cf2"`
        then
                pos=${pos%%:*}
                tail -c+$(($pos+8)) "$1" | zcat > $tmp1 2> /dev/null
                if      [ $? != 1 ]
                then    # exit status must be 0 or 2 (trailing garbage warning)
                        cat $tmp1
                        exit 0
                fi
        fi
}

这个脚本写得有点晦涩，大体意思是先找到 “IKCFG_ST”，算出 kconfig data 位置，再用 tail 取出来。

换个思路

我们自己换个更清晰的思路。

先看看 vmlinux 和 kernel/config_data.gz 的布局：

"IKCFG_ST           .....         IKCFG_ED"             --> vmlinux
         ^ kernel/config_data.gz ^                      --> kernel/config_data.gz

首先，找出 IKCFG_ST 和 IKCFG_ED 的位置。然后换算出 kernel/config_data.gz 的前后位置：

$ egrep -abo "IKCFG_ST|IKCFG_ED" boards/loongson/ls2k/bsp/kernel/v3.10/vmlinux 
14508864:IKCFG_ST
14529536:IKCFG_ED

kernel/config_data.gz 的起始地址需要加上 “IKCFG_ST” 的长度，即 +8：$((14508864+8))，而结束地址刚好是 “IKCFG_ED” 的地址 -1：$((14529536-1))，总的 size 是：

$ echo $(((14529536-1) - (14508864+8) + 1))
20664

这样，我们就可以用 dd 命令截取出来：

$ dd if=boards/loongson/ls2k/bsp/kernel/v3.10/vmlinux bs=1 skip=$((14508864+8)) count=20664 of=kconfig.gz
$ file kconfig.gz
kconfig.gz: gzip compressed data, max compression, from Unix
$ zcat kconfig.gz

完美！逻辑上更清晰，基于这个逻辑改写了一个自己的 extract-ikconfig，见 Linux Lab 下的 tools/kernel/extract-ikconfig。

小结

小技巧，大道理！

上述探索涉及到内联汇编，涉及到如何把一个文件嵌入到内核执行文件中，涉及到如何解析二进制文件并截取想要的内容。

回到这个技巧本身，也不失为 Debugging 的一个必备技能，内核配置文件对于复现问题，找到问题现场必不可少！

再来总结一下：

  • 编译内核时，打开 CONFIG_IKCONFIG 和 CONFIG_IKCONFIG_PROC。
  • 从 Runtime 内核中抓取：zcat /proc/config.gz，如果找不到了 vmlinux，这个不失为一个好方法。
  • 从静态内核 vmlinux 中抓取：scripts/extract-ikconfig /path/to/vmlinux。

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