Linux核心編譯與安裝[轉]

Linux核心介紹

Linux核心是一個用C語言寫成的，符合POSIX标準的類Unix作業系統。核心是作業系統中最基本的一部分，提供了衆多應用程式通路計算機硬體的機 制。Linux核心的一大特點就是采用了整體式結構，有很多過程組成，每個過程都可以獨立編譯，其子產品機制又使得核心保持獨立而又易于擴充。Linux發 行版實在Linux核心的基礎之上，與外帶的應用軟體和工具打包配置之後發行的版本。最初的Linux核心在1991年由當時還在芬蘭赫爾辛基大學計算機 系讀書的Linus Torvalds開發，之後Linus很快聚集了大量來自其他自由軟體項目的開發者和使用者為Linux核心貢獻代碼。目前估計有上千開發者在為Linux 核心貢獻代碼。

自2.6.0版本釋出後，Linux核心以A.B.C.D的方式命名。A和B的變化可以說無關緊要，C是核心的真實版本，每一個版本的變化都會帶來新的特 性。例如内部API的變化等等，改動的數量常常上萬。D是安全更新檔和bug修複。如果你是Linux的初學者或使用者，隻需了解stable即可，它代表穩 定版的核心更新。mainline指目前的官方核心，由Linus Torvalds進行更新維護，由開發者們貢獻的代碼主要是合并到mainline當中。linux-next和snapshot都是代碼送出周期結束之 前生成的快照，用于給Linux代碼貢獻者們做測試使用。目前stable版本的更新周期為六到十周，下一個穩定版本的rc基本上每周都會更新。新版本的 核心分兩種，一種是Full  Source版本，完整的核心版本。比較大，一般是tar.gz或者.bz2檔案。另一種是patch檔案，即更新檔檔案。patch檔案一般隻有及時K 到幾百K，但是對于特定的版本來說，你要找到自己對應的版本才能使用。

編譯安裝核心

1. 下載下傳并解壓核心

   核心下載下傳官網：https://www.kernel.org/

   解壓核心：tar xf linux-2.6.XX.tar.xz

2. 定制核心：make menuconfig

   參見​​makefile menuconfig過程講解​​

3. 編譯核心和子產品：make

   生成核心子產品和vmlinuz，initrd.img，Symtem.map檔案

4. 安裝核心和子產品：sudo make modules_install install

   複制子產品檔案到/lib/modules目錄下、複制config，vmlinuz，initrd.img，Symtem.map檔案到/boot目錄、更新grub

其他指令：

make mrprobe：指令的作用是在每次配置并重新編譯核心前需要先執行“make mrproper”指令清理源代碼樹，包括過去曾經配置的核心配置檔案“.config”都将被清除。即進行新的編譯工作時将原來老的配置檔案給删除到，以免影響新的核心編譯。

make dep：生成核心功能間的依賴關系，為編譯核心做好準備。

幾個重要的Linux核心檔案介紹

1. config使用make menuconfig 生成的核心配置檔案，決定将核心的各個功能系統編譯進核心還是編譯為子產品還是不編譯。
2. vmlinuz 和 vmlinuxvmlinuz是可引導的、壓縮的核心，“vm”代表“Virtual Memory”。Linux 支援虛拟記憶體，不像老的作業系統比如DOS有640KB記憶體的限制，Linux能夠使用硬碟空間作為虛拟記憶體，是以得名“vm”。vmlinuz是可執行 的Linux核心，vmlinuz的建立有兩種方式：一是編譯核心時通過“make zImage”建立，zImage适用于小核心的情況，它的存在是為了向後的相容性；二是核心編譯時通過指令make bzImage建立，bzImage是壓縮的核心映像，需要注意，bzImage不是用bzip2壓縮的，bzImage中的bz容易引起誤解，bz表示 “big zImage”，bzImage中的b是“big”意思。 zImage（vmlinuz）和bzImage（vmlinuz）都是用gzip壓縮的。它們不僅是一個壓縮檔案，而且在這兩個檔案的開頭部分内嵌有 gzip解壓縮代碼，是以你不能用gunzip 或 gzip –dc解包vmlinuz。 核心檔案中包含一個微型的gzip用于解壓縮核心并引導它。兩者的不同之處在于，老的zImage解壓縮核心到低端記憶體（第一個 640K），bzImage解壓縮核心到高端記憶體（1M以上）。如果核心比較小，那麼可以采用zImage 或bzImage之一，兩種方式引導的系統運作時是相同的。大的核心采用bzImage，不能采用zImage。 vmlinux是未壓縮的核心，vmlinuz是vmlinux的壓縮檔案。
3. initrd.imginitrd是“initial ramdisk”的簡寫。initrd一般被用來臨時的引導硬體到實際核心vmlinuz能夠接管并繼續引導的狀态。比如initrd- 2.4.7-10.img主要是用于加載ext3等檔案系統及scsi裝置的驅動。如果你使用的是scsi硬碟，而核心vmlinuz中并沒有這個 scsi硬體的驅動，那麼在裝入scsi子產品之前，核心不能加載根檔案系統，但scsi子產品存儲在根檔案系統的/lib/modules下。為了解決這個 問題，可以引導一個能夠讀實際核心的initrd核心并用initrd修正scsi引導問題，initrd-2.4.7-10.img是用gzip壓縮的 檔案。initrd映象檔案是使用mkinitrd建立的，mkinitrd實用程式能夠建立initrd映象檔案，這個指令是RedHat專有的，其它 Linux發行版或許有相應的指令。這是個很友善的實用程式。具體情況請看幫助：man mkinitrd

4. System.map是一個特定核心的核心符号表，由“nm vmlinux”産生并且不相關的符号被濾出。

   下面幾行來自/usr/src/linux-2.4/Makefile：

   nm vmlinux | grep -v '(compiled)|(.o$$)|( [aUw] )|(..ng$$)|(LASH[RL]DI)' | sort > System.map

   在進行程式設計時，會命名一些變量名或函數名之類的符号。Linux核心是一個很複雜的代碼塊，有許許多多的全局符号， Linux核心不使用符号名，而是通過變量或函數的位址來識别變量或函數名，比如不是使用size_t BytesRead這樣的符号，而是像c0343f20這樣引用這個變量。 對于使用計算機的人來說，更喜歡使用那些像size_t BytesRead這樣的名字，而不喜歡像c0343f20這樣的名字。核心主要是用c寫的，是以編譯器/連接配接器允許我們編碼時使用符号名，而核心運作時 使用位址。 然而，在有的情況下，我們需要知道符号的位址，或者需要知道位址對應的符号，這由符号表來完成，符号表是所有符号連同它們的位址的清單。

   Linux 符号表使用到2個檔案： /proc/ksyms  、System.map 。/proc/ksyms是一個“proc  file”，在核心引導時建立。實際上，它并不真正的是一個檔案，它隻不過是核心資料的表示，卻給人們是一個磁盤檔案的假象，這從它的檔案大小是0可以看 出來。然而，System.map是存在于你的檔案系統上的實際檔案。當你編譯一個新核心時，各個符号名的位址要發生變化，你的老的System.map 具有的是錯誤的符号資訊，每次核心編譯時産生一個新的System.map，你應當用新的System.map來取代老的System.map。

   雖然核心本身并不真正使用System.map，但其它程式比如klogd， lsof和ps等軟體需要一個正确的System.map。如果你使用錯誤的或沒有System.map，klogd的輸出将是不可靠的，這對于排除程式 故障會帶來困難。沒有System.map，你可能會面臨一些令人煩惱的提示資訊。 另外少數驅動需要System.map來解析符号，沒有為你目前運作的特定核心建立的System.map它們就不能正常工作。 Linux的核心日志守護程序klogd為了執行名稱-位址解析，klogd需要使用System.map。System.map應當放在使用它的軟體能 夠找到它的地方。執行：man klogd可知，如果沒有将System.map作為一個變量的位置給klogd，那麼它将按照下面的順序，在三個地方查找System.map： /boot/System.map 、/System.map 、/usr/src/linux/System.map

   System.map也有版本資訊，klogd能夠智能地查找正确的映象（map）檔案。

當我們在執行make menuconfig這個指令時，系統到底幫我們做了哪些工作呢？這裡面一共涉及到了一下幾個檔案我們來一一探讨

1. Linux核心根目錄下的scripts檔案夾
2. arch/$ARCH/Kconfig檔案、各層目錄下的Kconfig檔案
3. Linux核心根目錄下的makefile檔案、各層目錄下的makefile檔案
4. Linux核心根目錄下的的.config檔案、arch/$ARCH/configs/下的檔案
5. Linux核心根目錄下的 include/generated/autoconf.h檔案

1）scripts檔案夾存放的是跟make menuconfig配置界面的圖形繪制相關的檔案，我們作為使用者無需關心這個檔案夾的内容

2）當我們執行make menuconfig指令出現上述藍色配置界面以前，系統幫我們做了以下工作：

首先系統會讀取arch/$ARCH/目錄下的Kconfig檔案生成整個配置界面選項（Kconfig是整個linux配置機制的核心），那麼ARCH 環境變量的值等于多少呢？它是由linux核心根目錄下的makefile檔案決定的，在makefile下有此環境變量的定義：

      SUBARCH := $(shell uname -m | sed -e s/i.86/i386/ -e s/sun4u/sparc64/ \

                  -e s/arm.*/arm/ -e s/sa110/arm/ \

                  -e s/s390x/s390/ -e s/parisc64/parisc/ \

                  -e s/ppc.*/powerpc/ -e s/mips.*/mips/ \

                  -e s/sh[234].*/sh/ )

      ..........

      export KBUILD_BUILDHOST := $(SUBARCH)

      ARCH        ?= $(SUBARCH)

      CROSS_COMPILE   ?=

或者通過 make ARCH=arm menuconfig指令來生成配置界面

比如教務處進行考試，考試科數可能有外語、國文、數學等科，這裡我們選擇了arm科可進行考試，系統就會讀取arm/arm/kconfig檔案生成配置選項（選擇了arm科的卷子），系統還提供了x86科、milps科等10幾門功課的考試題

3）假設教務處比較“仁慈”，為了怕某些同學做錯試題，還給我們準備了一份參考答案（預設配置選項），存放在arch/$ARCH/configs/目錄下，對于arm科來說就是arch/arm/configs檔案夾：

此檔案夾中有許多選項，系統會讀取哪個呢？核心預設會讀取linux核心根目錄下.config檔案作為核心的預設選項（試題的參考答案），我們一般會根據開發闆的類型從中選取一個與我們開發闆最接近的系列到Linux核心根目錄下（選擇一個最接近的參考答案）

4).config

假設教務處留了一個心眼，他提供的參考答案并不完全正确（.config檔案與我們的闆子并不是完全比對），這時我們可以選擇直接修改.config檔案 然後執行make menuconfig指令讀取新的選項。但是一般我們不采取這個方案，我們選擇在配置界面中通過空格、esc、回車選擇某些選項選中或者不選中，最後儲存 退出的時候，Linux核心會把新的選項（正确的參考答案）更新到.config中，此時我們可以把.config重命名為其它檔案儲存起來（當你執行 make distclean時系統會把.config檔案删除），以後我們再配置核心時就不需要再去arch/arm/configs下考取相應的檔案了，省去了 重新配置的麻煩，直接将儲存的.config檔案複制為.config即可.

5）經過以上兩步，我們可以正确的讀取、配置我們需要的界面了，那麼他們如何跟makefile檔案建立編譯關系呢？當你儲存make menuconfig選項時，系統會除了會自動更新.config外，還會将所有的選項以宏的形式儲存在Linux核心根目錄下的 include/generated/autoconf.h檔案下

核心中的源代碼就都會包含以上.h檔案，跟宏的定義情況進行條件編譯。

當我們需要對一個檔案整體選擇如是否編譯時，還需要修改對應的makefile檔案，例如：

我們選擇是否要編譯s3c2410_ts.c這個檔案時，makefile會根據CONFIG_TOUCHSCREEN_S3C2410來決定是編譯此文 件，此宏是在Kconfig檔案中定義，當我們配置完成後，會出現在.config及autconf中，至此，我們就完成了整個linux核心的編譯過 程。 最後我們會發現，整個linux核心配置過程中，留給使用者的接口其實隻有各層Kconfig、makefile檔案以及對應的源檔案。 比如我們如果想要給核心增加一個功能，并且通過make menuconfig控制其聲稱過程    首先需要做的工作是：修改對應目錄下的Kconfig檔案，按照Kconfig文法增加對應的選項；    其次執行make menuconfig選擇編譯進核心或者不編譯進核心，或者編譯為子產品，.config檔案和autoconf.h檔案會自動生成；    最後修改對應目錄下的makefile檔案完成編譯選項的添加；    最後的最後執行make指令進行編譯。

Kconfig和Makefile

Linux核心源碼樹的每個目錄下都有兩個文檔Kconfig和Makefile。分布到各目錄的Kconfig構成了一個分布式的核心配置資料庫，每個 Kconfig分别描述了所屬目錄源文檔相關的核心配置菜單。在執行核心配置make menuconfig時，從Kconfig中讀出菜單，使用者選擇後儲存到.config的核心配置文檔中。在核心編譯時，主Makefile調用這 個.config，就知道了使用者的選擇。這個内容說明了，Kconfig就是對應着核心的每級配置菜單。

假如要想添加新的驅動到核心的源碼中，要修改Kconfig,這樣就能夠選擇這個驅動，假如想使這個驅動被編譯，則要修改Makefile。添加新 的驅動時需要修改的文檔有兩種（如果添加的隻是檔案，則隻需修改目前層Kconfig和Makefile檔案；如果添加的是目錄，則需修改目前層和目錄下 的共一對Kconfig和Makefile）Kconfig和Makefile。要想知道怎麼修改這兩種文檔，就要知道兩種文檔的文法結 構，Kconfig的文法參見參考文獻《【linux-2.6.31】kbuild》。

Makefile 檔案包含 5 部分:

    Makefile                         頂層的 Makefile

    .config                            核心配置檔案

    arch/$(ARCH)/Makefile    體系結構 Makefile

    scripts/Makefile.*            适用于所有 kbuild Makefile 的通用規則等

    kbuild Makefiles               大約有 500 個這樣的檔案

頂層 Makefile 讀取核心配置操作産生的.config 檔案，頂層 Makefile 建構兩個主要的目标:vmlinux(核心映像)和 modules(所有子產品檔案)。它通過遞歸通路核心源碼樹下的子目錄來建構這些目标。通路哪些子目錄取決于核心配置。頂層 Makefile 包含一個體系結構 Makefile,由 arch/$(ARCH)/Makefile 指定。體系結構 Makefile 檔案為頂層 Makefile 提供了特定體系結構的資訊。每個子目錄各有一個 kbuild檔案和Makefile 檔案來執行從上層傳遞下來的指令。kbuild和Makefile檔案利用.config 檔案中的資訊來構造由 kbuild 建構内建或者子產品對象使用的各種檔案清單。scripts/Makefile.*包含所有的定義/規則,等等。這些資訊用于使用 kbuild和 Makefile 檔案來建構核心。Makefile的文法參見參考文獻《【linux-2.6.31】kbuild》。

參考文獻

1. ​​

   

   【linux-2.6.31】核心編譯指南.pdf​​
2. ​​

   

   【linux-2.6.31】kbuild.pdf​​
3. ​​Linker script in Linux.pdf​​
4. ​​linux核心的配置機制及其編譯過程​​
5. ​​Linux核心編譯過程詳解​​
6. ​​Linux Kconfig及Makefile學習​​