Ubuntu上编译安装linux内核详细过程

 

时间:20220414,版本:V0.1

作者:robotech_erx

1.预备

1.1解释题目

一个linux系统需要3个组件:内核、根文件系统、bootloader。不管是哪个发行版或者嵌入式系统,内核都是一样的。Bootloader也相对简单,pc上用grub,嵌入式系统上用uboot。比较麻烦的是构建根文件系统(init系统,GUI,编译工具,shell,各种工具等等)。嵌入式系统上还好说,有很多的工具可以快速的搞出一个最小(或者不那么小的)根文件系统。PC上的根文件系统,工作量就很庞大了,不是那么快能完成的。其实一个发行版,比如ubuntu,叫做linux根文件系统更准确。

因此,这里仅仅是编译一个新的内核并安装,修改一下grub,让他加载新的内核启动系统。根文件系统还是Ubuntu原来的。

1.2关于linux内核版本号和Ubuntu版本号

查看当前linux内核版本

$ uname -r

5.13.0-39-generic

含义如下:major#.minor#[.patchlevel][-EXTRAVERSION]

对应到5.13.0-39-generic

5:主版本号

13:次版本号,一个次版本号出现通常代表着是一个稳定版本

0patchlevelapplied on occasion to the stable kernel when significant bug/security fixes are required.

-39-genericEXTRAVERSION,又称作localversion,通常是发行版使用,用于标记发行版对内核的修改。

1.3发行版本和内核版本的对应关系

从版本号可以知道(-39-generic),发行版的内核与原版相比是有修改的。下载发行版的代码可以参考:

https://wiki.ubuntu.com/Kernel/Dev/KernelGitGuide

https://cloud.tencent.com/developer/article/1439068 找到运行的Ubuntu版本对应的内核源码

我们这里使用原始版本的代码编译一个内核,但是文件系统使用的还是ubuntu20.04的。Ubuntu版本和内核版本是有关联的。例如ubuntu 20.04 里,apt-cache search linux-image查看。最旧的版本也是5.4。如果使用4.x的内核,可能会有一些问题(哪些问题呢?)。

2.编译

2.1下载内核、安装工具

这里编译的版本是5.17.2。(原有版本是Linux version 5.13.0-39-generic)。

安装需要的工具:

$sudo apt update

$sudo apt install git fakeroot build-essential ncurses-dev xz-utils libssl-dev bc flex libelf-dev bison dwarves

上面的工具编译4.x的内核足够了,但是5.13之后的还需要一些别的工具

sudo apt install zstd #5.13之后支持zstd压缩

2.2获取起始的.config文件

完全手工指定内核的配置选项不现实,一般都是找一个.config文件然后以这个文件为基础进行修改。这个起始的配置文件一般3种获取的方法:

1)使用源码里自带的defconfig文件。如果是嵌入式系统,使用已有的defconfig配置是个不错的选择。

2)可以使用Ubuntu20.04自己的config文件作为配置的基础。

在源码文件根目录下:

$ cp /boot/config-$(uname -r) ./.config

直接复制问题是,一些新内核新增加的配置需要自己手工配置了。

3)使用localmodconfig 对象获取一个精简的编译配置。

为了能够应对各种各样的环境,发布版的内核包含很多内核模块。但是在某个特定机器,例如,大家自己平时使用的PC上实际用到的模块只是其中的极小一部分。重新构建内核时,对不使用的模块进行编译就会浪费时间。

localmodconfig作为make的目标,kbuild系统会获取一个当前在用的模块的列表,生成仅以正在使用的内核模块为对象的.config文件,从而大幅度减少编译时间。

在源码文件根目录下:

lsmod > /tmp/lsmod.now

make LSMOD=/tmp/lsmod.now localmodconfig

Localmodconfig也是使用/boot/config-$(uname -r) ./.config作为基准的。输入命令后,两个kbuild会询问对于新内核增加的那些配置的选择。

这里使用的是第3种方法。

2.3配置menuconfig

$ make menuconfig

 

这里主要是想编一个可GDB调试的内核,所以有以下两个配置:

 

1)在生成的vmlinux中保留调试信息:

 

Kernel hacking—>

Compile-time checks and compiler options  —>

[*] Compile the kernel with debug info  

[*] Provide GDB scripts for kernel debugging   

 

2)启用KGDB/KDB支持:

 

Kernel hacking    —>

Generic Kernel Debugging Instruments   —>                                                                         

— KGDB: kernel debugger                                    

[*]   KGDB: use kprobe blocklist to prohibit unsafe breakpoints        

<*>   KGDB: use kgdb over the serial console            

[ ]   KGDB: internal test suite                        

[*]   KGDB: Allow debugging with traps in notifiers    

[*]   KGDB_KDB: include kdb frontend for kgdb                         

(0x1)   KDB: Select kdb command functions to be enabled by default    

[*]     KGDB_KDB: keyboard as input device                         

(0)     KDB: continue after catastrophic errors                       

 

不同的内核版本中,具体的位置可能不太一样。

不论是第2还是第3种方法设置的初始配置文件,上述2个配置都是默认选中的。所以这里仅仅是查看一下~

2.4编译

make -j4            #使用4线程编译

 

遇到一个出错:

make[1]: *** No rule to make target ‘debian/canonical-certs.pem’, needed by ‘certs/x509_certificate_list’.  Stop.

查了一下,需要关闭两个配置

第一个是

CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS=”debian/canonical-certs.pem”

找到他修改成:

CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS=””

或者运行脚本关闭:

scripts/config –disable SYSTEM_TRUSTED_KEYS

or

scripts/config –set-str SYSTEM_TRUSTED_KEYS “”

第二个是

CONFIG_SYSTEM_REVOCATION_KEYS=”debian/canonical-revoked-certs.pem”

关闭:

scripts/config –disable SYSTEM_REVOCATION_KEYS

 

具体原理没有深究。参考自:

(https://askubuntu.com/questions/1329538/compiling-the-kernel-5-11-11)

 

编译完成后,显示

Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready  (#2)

括号里的 #2意思是这个内核的第二次构建。

 

除了bzImage 其他生成的东西系包括:

vmlinux,比较大的文件(900MbzImage 不到10M

modules,以模块方式编译的驱动们。执行如下命令查看都生成了哪些模块:

$ find . -name *.ko

 

2.5安装内核、模块和Initramfs

两个make命令完成这个工作。

安装模块

$sudo make modules_install  #安装模块

“安装”就是把模块文件拷贝到根文件系统的目录中,这里是/lib/modules/$(uname -r)/

 

需要注意的是:

ls -l /lib/modules/5.17.2/

total 384

lrwxrwxrwx  1 root root    34 4月  13 20:18 build -> /home/sunlion/Desktop/linux-5.17.2

drwxr-xr-x 10 root root  4096 4月  13 20:18 kernel

-rw-r–r–  1 root root 29941 4月  14 08:51 modules.alias

-rw-r–r–  1 root root 27556 4月  14 08:51 modules.alias.bin

-rw-r–r–  1 root root 10361 4月  13 20:18 modules.builtin

-rw-r–r–  1 root root 26092 4月  14 08:51 modules.builtin.alias.bin

-rw-r–r–  1 root root 12959 4月  14 08:51 modules.builtin.bin

-rw-r–r–  1 root root 81270 4月  13 20:18 modules.builtin.modinfo

-rw-r–r–  1 root root  7568 4月  14 08:51 modules.dep

-rw-r–r–  1 root root 11475 4月  14 08:51 modules.dep.bin

-rw-r–r–  1 root root   126 4月  14 08:51 modules.devname

-rw-r–r–  1 root root  2983 4月  13 20:18 modules.order

-rw-r–r–  1 root root    85 4月  14 08:51 modules.softdep

-rw-r–r–  1 root root 71730 4月  14 08:51 modules.symbols

-rw-r–r–  1 root root 81094 4月  14 08:51 modules.symbols.bin

lrwxrwxrwx  1 root root    34 4月  13 20:18 source -> /home/sunlion/Desktop/linux-5.17.2

 

符号连接buildsource 指向的是源码文件的安装目录,后面编写驱动需要提供给makefile,而且需要是编译配置过之后的源码,“纯”代码,.config文件都没有,是不行的。所以用于编译的源码放在一个合适的位置比较重要(例如 /usr/src/),这里放在桌面就比较随意了。最好是专门做一个环境变量来标志源码目录。

 

安装内核

$sudo make install          #安装内核

执行后,输出如下:

arch/x86/Makefile:154: CONFIG_X86_X32 enabled but no binutils support

sh ./arch/x86/boot/install.sh 5.17.2 \

arch/x86/boot/bzImage System.map “/boot”

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/apt-auto-removal 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/initramfs-tools 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

update-initramfs: Generating /boot/initrd.img-5.17.2

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/unattended-upgrades 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/update-notifier 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/vboxadd 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

VirtualBox Guest Additions: Building the modules for kernel 5.17.2.

 

VirtualBox Guest Additions: Look at /var/log/vboxadd-setup.log to find out what

went wrong

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/xx-update-initrd-links 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

I: /boot/initrd.img.old is now a symlink to initrd.img-5.13.0-39-generic

I: /boot/initrd.img is now a symlink to initrd.img-5.17.2

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/zz-update-grub 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

Sourcing file `/etc/default/grub’

Sourcing file `/etc/default/grub.d/init-select.cfg’

Generating grub configuration file …

Found linux image: /boot/vmlinuz-5.17.2

Found initrd image: /boot/initrd.img-5.17.2

Found linux image: /boot/vmlinuz-5.13.0-39-generic

Found initrd image: /boot/initrd.img-5.13.0-39-generic

Found linux image: /boot/vmlinuz-5.11.0-27-generic

Found initrd image: /boot/initrd.img-5.11.0-27-generic

Found memtest86+ image: /boot/memtest86+.elf

Found memtest86+ image: /boot/memtest86+.bin

done

这段输出说明了make install完成的工作:

1.复制bzImage System.map文件到 “/boot”目录;

2.生成initramfs文件到/boot/initrd.img-5.17.2;

3.更改grub的配置文件,把新内核的相关信息添加到配置中。

 

重启,自动使用最新的内核,uname -a 可查看内核信息。(启动时,按住shift可进入grub的选择菜单,选择一个内核)

2.6总结

$ sudo apt update

$ sudo apt install git fakeroot build-essential ncurses-dev xz-utils libssl-dev bc flex libelf-dev bison dwarves zstd

$ make distclean

$ lsmod > /tmp/lsmod.now

$ make LSMOD=/tmp/lsmod.now localmodconfig

$ scripts/config –disable SYSTEM_TRUSTED_KEYS

$ scripts/config –disable SYSTEM_REVOCATION_KEYS

$ make menuconfig

$ make -j4            #使用4线程编译

$ sudo make modules_install  #安装模块

$ sudo make install          #安装内核

  

其他一些可能有用的menuconfig配置

Kernel .config support:将.config配置信息保存在内核中,选上它及它的子项使得其它用户能从为文件/proc/config.gz 中得到内核的配置。

 

 

参考:

 

https://blog.csdn.net/u013014440/article/details/44154947

Linux内核程序开发

 

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