制作最小linux内核(1)

    ​​深入理解 Linux 2.6 的 initramfs 機制 (上)​​ 一文提到了制作简易initramfs的过程;而另一篇文章​​使用udevadm(modinfo)查找linux下设备对应的驱动​​ 则提到了匹配设备驱动的方法，本文对上面两篇文章做个总结----定制一个最小系统。环境为：vmware10+ubuntu14.04(kernel 3.13.0)+Scsi虚拟磁盘。目标是用这个定制的内核引导系统，并往屏幕上输出Hello initramfs。

1.首先需要定制的原料:linux内核源码kernel 3.13.0和ubuntu做的patch补丁:linux-lts-trusty_3.13.0-91.138~precise1.diff.gz。应用了补丁以后，就开始定制之旅。既然写了是定制，那必然需要移除不必要的内核模块。因此，我们第一步就是运行make allnoconfig创建一个最小配置的内核，再这个基础上一步步完善OS。

eugen@ubuntu:~$ cd Desktop/linux-3.13/
eugen@ubuntu:~/Desktop/linux-3.13$ make distclean
  ...
  CLEAN   .config .config.old .version include/generated/uapi/linux/version.h Module.symvers
eugen@ubuntu:~/Desktop/linux-3.13$ make allnoconfig
  ...
scripts/kconfig/conf --allnoconfig Kconfig
#
# configuration written to .config
#      

执行了上述命令后，内核除了选中必选项外，其余都不选，够干净的了~

2.现在开始根据正在运行的OS来定制内核，这步需要配置处理器型号,还需要配置PCI总线，毕竟虚拟机里的设备还是要挂载在PCI总线上的

2.1.确定CPU型号:

eugen@ubuntu:~/Desktop/linux-3.13$ cat /proc/cpuinfo |grep "model name"
model name  : Intel(R) Celeron(R) CPU        E3500  @ 2.70GHz #赛扬处理器 见笑了      

2.2配置内核支持的CPU型号，运行make menuconfig，依次选择"Processor type and features"-"Processor family"，我的CPU是赛扬，只能选"Pentium-4/Celeron(P4-base)"项，大家按自己CPU的型号，选不同的选项。如果没有与实际型号吻合的，可以选与它接近的一项:

2.1.1

2.1.2

2.1.3

由于我的虚拟机被配置为单核单处理器，因此内核不需要支持SMP

2.2开始配置设备相关选项：

2.2.1.首先要启用内核动态加载/卸载模块的特性，依次勾选"Enable loadable module support"-"Module unloading"：

2.3.开始配置磁盘驱动相关，这是最复杂的一步。定制错了后，OS引导后会报panic

2.3.1.首先确定磁盘驱动器信息，这需要用到/sys文件系统/udevadm工具和modinfo工具:

eugen@ubuntu:~$ ls /sys/class/block/
sda2/  sr1/
sda/   sda5/  
sda1/  sr0/   #系统中只有sda一块磁盘
eugen@ubuntu:~$ udevadm info -a -p /sys/class/block/sda

  looking at device '/devices/pci0000:00/0000:00:10.0/host32/target32:0:0/32:0:0:0/block/sda':
    KERNEL=="sda"
    SUBSYSTEM=="block"
    ...

  looking at parent device '/devices/pci0000:00/0000:00:10.0/host32/target32:0:0/32:0:0:0':
    KERNELS=="32:0:0:0"
    SUBSYSTEMS=="scsi"
    DRIVERS=="sd"
    ...
  looking at parent device '/devices/pci0000:00/0000:00:10.0/host32/target32:0:0':
    KERNELS=="target32:0:0"
    SUBSYSTEMS=="scsi"
    DRIVERS==""

  looking at parent device '/devices/pci0000:00/0000:00:10.0/host32':
    KERNELS=="host32"
    SUBSYSTEMS=="scsi"
    DRIVERS==""

  looking at parent device '/devices/pci0000:00/0000:00:10.0':
    KERNELS=="0000:00:10.0"
    SUBSYSTEMS=="pci"
    DRIVERS=="mptspi" #scsi磁盘驱动器用的模块是mptspi
    ...

  looking at parent device '/devices/pci0000:00':
    KERNELS=="pci0000:00" #scsi磁盘挂载在PCI总线上
    SUBSYSTEMS==""
    DRIVERS==""      

根据以上信息，定制这个最小系统需要PCI/mptspi/scsi等驱动，这就需要modinfo来查看相应驱动信息:

eugen@ubuntu:~$ lsmod
Module                  Size  Used by
mptspi                 22158  2 
mptscsih               38998  1 mptspi
ahci                   25579  0 
mptbase                95810  2 mptspi,mptscsih
libahci                27082  1 ahci      

eugen@ubuntu:~$ modinfo mptbase
filename:       /lib/modules/3.13.0-32-generic/kernel/drivers/message/fusion/mptbase.ko
version:        3.04.20
license:        GPL
description:    Fusion MPT base driver
...
eugen@ubuntu:~$ modinfo mptspi
filename:       /lib/modules/3.13.0-32-generic/kernel/drivers/message/fusion/mptspi.ko
version:        3.04.20
license:        GPL
description:    Fusion MPT SPI Host driver
...
eugen@ubuntu:~$ modinfo ahci
filename:       /lib/modules/3.13.0-32-generic/kernel/drivers/ata/ahci.ko
version:        3.0
license:        GPL
description:    AHCI SATA low-level driver
...      

2.3.2.配置PCI总线驱动,依次选"Bus Option"-"Pci support":

2.3.3.前面看到我的磁盘是Scsi类型，因此需要配置Scsi，依次选"Device Drivers"-"Scsi device support"--"Scsi device support","Scsi disk support"

2.3.4.Scsi磁盘需要Sata控制器，这一步比较关键，要从不同厂商的控制器驱动中挑选出合适的驱动。根据前面udevadm的输出我的虚拟机，使用的是Fusion LSI磁盘驱动：依次选取1)"Device Driver"-"Serial ATA and Parallel ATA driver"-"AHCI SATA support";2)"Device Driver"-"Fusion MPT device support"-"Fusion MPT ScsiHost driver for SPI";

3)"Device Driver"-"Scsi device support"-"SCSI low-level drivers"-"LSI MPT Fusion SAS 2.0 Device Driver"

1).

2).

3).

3.设备驱动配置完毕，需要再配置内核支持的文件系统和ELF文件格式，同时配置内核支持initramfs

3.1.选取"File Systems"-"The Extend 4(ext4) filesystem"

3.2.选取"Executable file formats"-"kernel support for ELF binaries"

3.3.选取"General setup"-"Initial Ram filesystem and Ram disk"

完成这些以后，就可以编译内核并拷贝bzImage到/boot目录下:make all -j4&& sudo cp arch/x86/boot/bzImage /boot

4.制作initramfs.

上面的步骤仅仅完成了内核部分的制作，这还是不够的：我们还差个根文件系统。所以现在开始制作根文件系统。

先静态编译init.c用于往屏幕上输出Hello World!

$ cd initramfs
$ cat init.c
#include <stdio.h>
int main()
{
  printf("Hello World!\n");
  sleep(99999);
  return 0;
}
$ gcc -static -o init init.c
$ mkdir -p dev
$ sudo mknod dev/console c 5 1      

恩，printf输出的目标是屏幕，因此我们还需要一个console设备节点，这个可以用mknod生成。最后是将initramfs/目录下的文件打包:

$find .|cpio -o -H newc|gzip -3 > ../initrd.img
$sudo cp ../initrd.img /boot      

5.制作启动引导项，这个只要将/boot/grub/grub.cfg中的引导项复制一份照着修改即可:

6.重启系统，选择grub中设置的引导项，最终在屏幕上输出"Hello World":