在Ubuntu上編譯安裝linux核心詳細過程

時間：20220414，版本：V0.1

作者：robotech_erx

1.預備

1.1解釋題目

一個linux系統需要3個元件：核心、根檔案系統、bootloader。不管是哪個發行版或者嵌入式系統，核心都是一樣的。Bootloader也相對簡單，pc上用grub，嵌入式系統上用uboot。比較麻煩的是構建根檔案系統（init系統，GUI，編譯工具，shell，各種工具等等）。嵌入式系統上還好說，有很多的工具可以快速的搞出一個最小（或者不那麼小的）根檔案系統。PC上的根檔案系統，工作量就很龐大了，不是那麼快能完成的。其實一個發行版，比如ubuntu

因此，這裡僅僅是編譯一個新的核心並安裝，修改一下grub，讓他載入新的核心啟動系統。根檔案系統還是Ubuntu原來的。

1.2關於linux核心版本號和Ubuntu版本號

檢視當前linux核心版本

$ uname -r

5.13.0-39-generic

含義如下：major#.minor#[.patchlevel][-EXTRAVERSION]

對應到5.13.0-39-generic：

5：主版本號

13：次版本號，一個次版本號出現通常代表著是一個穩定版本

0：patchlevel，applied on occasion to the stable kernel when significant bug/security fixes are required.

-39-generic：EXTRAVERSION，又稱作localversion，通常是發行版使用，用於標記發行版對核心的修改。

1.3發行版本和核心版本的對應關係

從版本號可以知道（-39-generic），發行版的核心與原版相比是有修改的。下載發行版的程式碼可以參考：

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

https://cloud.tencent.com/developer/article/1439068 找到執行的Ubuntu版本對應的核心原始碼

我們這裡使用原始版本的程式碼編譯一個核心，但是檔案系統使用的還是ubuntu20.04的。Ubuntu

2.編譯

2.1下載核心、安裝工具

這裡編譯的版本是5.17.2。（原有版本是Linux version 5.13.0-39-generic）。

安裝需要的工具：

$sudo apt update

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

上面的工具編譯4.x的核心足夠了，但是5.13之後的還需要一些別的工具

sudo apt install zstd #5.13之後支援zstd壓縮

2.2獲取起始的.config檔案

完全手工指定核心的配置選項不現實，一般都是找一個.config檔案然後以這個檔案為基礎進行修改。這個起始的配置檔案一般3種獲取的方法：

（1）使用原始碼裡自帶的defconfig檔案。如果是嵌入式系統，使用已有的defconfig配置是個不錯的選擇。

（2）可以使用Ubuntu20.04自己的config檔案作為配置的基礎。

在原始碼檔案根目錄下：

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

直接複製問題是，一些新核心新增加的配置需要自己手工配置了。

（3）使用localmodconfig 物件獲取一個精簡的編譯配置。

為了能夠應對各種各樣的環境，釋出版的核心包含很多核心模組。但是在某個特定機器，例如，大家自己平時使用的PC上實際用到的模組只是其中的極小一部分。重新構建核心時，對不使用的模組進行編譯就會浪費時間。

將localmodconfig作為make的目標，kbuild系統會獲取一個當前在用的模組的列表，生成僅以正在使用的核心模組為物件的.config檔案，從而大幅度減少編譯時間。

在原始碼檔案根目錄下：

lsmod > /tmp/lsmod.now

make LSMOD=/tmp/lsmod.now localmodconfig

Localmodconfig也是使用/boot/config-$(uname -r) ./.config作為基準的。輸入命令後，兩個kbuild會詢問對於新核心增加的那些配置的選擇。

這裡使用的是第3種方法。

2.3配置menuconfig

$ make menuconfig

這裡主要是想編一個可GDB除錯的核心，所以有以下兩個配置：

（1）在生成的vmlinux中保留除錯資訊：

Kernel hacking--->

Compile-time checks and compiler options  --->

[*] Compile the kernel with debug info  

[*] Provide GDB scripts for kernel debugging   

（2）啟用KGDB/KDB支援：

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                       

不同的核心版本中，具體的位置可能不太一樣。

不論是第2還是第3種方法設定的初始配置檔案，上述2個配置都是預設選中的。所以這裡僅僅是檢視一下~

2.4編譯

make -j4            #使用4執行緒編譯

遇到一個出錯：

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

查了一下，需要關閉兩個配置

第一個是

CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS="debian/canonical-certs.pem"

找到他修改成:

CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS=""

或者執行指令碼關閉:

scripts/config --disable SYSTEM_TRUSTED_KEYS

or

scripts/config --set-str SYSTEM_TRUSTED_KEYS ""

第二個是

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

關閉:

scripts/config --disable SYSTEM_REVOCATION_KEYS

具體原理沒有深究。參考自：

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

編譯完成後，顯示

...

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

括號裡的 #2意思是這個核心的第二次構建。

除了bzImage 其他生成的東西系包括：

vmlinux，比較大的檔案（900多M，bzImage 不到10M）

modules，以模組方式編譯的驅動們。執行如下命令檢視都生成了哪些模組：

$ find . -name “*.ko”

2.5安裝核心、模組和Initramfs

兩個make命令完成這個工作。

安裝模組：

$sudo make modules_install  #安裝模組

“安裝”就是把模組檔案拷貝到根檔案系統的目錄中，這裡是/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

符號連線build和source 指向的是原始碼檔案的安裝目錄，後面編寫驅動需要提供給makefile，而且需要是編譯配置過之後的原始碼，“純”程式碼，.config檔案都沒有，是不行的。所以用於編譯的原始碼放在一個合適的位置比較重要（例如 /usr/src/），這裡放在桌面就比較隨意了。最好是專門做一個環境變數來標誌原始碼目錄。

安裝核心：

$sudo make install          #安裝核心

執行後，輸出如下：

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

這段輸出說明了make install完成的工作：

1.複製bzImage System.map檔案到 "/boot"目錄；

2.生成initramfs檔案到/boot/initrd.img-5.17.2；

3.更改grub的配置檔案，把新核心的相關資訊新增到配置中。

重啟，自動使用最新的核心，uname -a 可檢視核心資訊。（啟動時，按住shift可進入grub的選擇選單，選擇一個核心）

2.6總結

$ 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執行緒編譯

$ sudo make modules_install  #安裝模組

$ sudo make install          #安裝核心

其他一些可能有用的menuconfig配置

Kernel .config support：將.config配置資訊儲存在核心中，選上它及它的子項使得其它使用者能從為檔案/proc/config.gz 中得到核心的配置。

參考：

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

Linux核心程式開發