实验一 Linux 内核编译

注意

  1. 使用 VMware 安装 Ubuntu，进行编译，系统映像下载地址【4.7G】（Ubuntu 官方）

  2. 内核数和内存可以设置稍微大一些，这个会对后面编译时间造成影响，但不建议设置过大（不建议设置和实际机子相同），会导致外部系统非常卡顿

  3. 存储空间设置最好 70GB+，使用内核编译出来的文件可能会 20-30GB

  4. 存在大量的 sudo 操作，如果觉得麻烦可以切换到 root 账户

    • 如果是一台新的机器，可能会存在没设置 root 用户密码的情况，这个时候需要按照以下步骤进行设置；

      • 输入 sudo passwd root ，这时候会显示 New password: ；
      • 输入新密码（输入不会外显），然后显示 Retype new password: ；
      • 然后再次输入密码，如果显示 passwd: password unchanged 代表上述步骤有问题，可以重新执行；

    • 进入 root 用户；

      • 可以输入 sudo su ，然后输入 root 用户的密码，以 root 用户登录；

  5. 出现权限问题请前面加 sudo

前期准备

安装必要的依赖

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sudo apt-get upgrade
sudo apt-get install libncurses5-dev
sudo apt-get install openssl
sudo apt-get install libssl-dev
sudo apt-get install build-essential
sudo apt-get install pkg-config
sudo apt-get install libc6-dev
sudo apt-get install bison
sudo apt-get install flex
sudo apt-get install libelf-dev
sudo apt install rpm rpm2cpio
sudo apt install rpmlint
sudo apt install libncurses5-dev gcc make rpm libssl-dev bison flex python3 coreutils diffutils patch
sudo apt upgrade
sudo apt install vim

可能会遇到网络问题，可以更换国内清华源（自行搜索），或者使用代理，可以查看 Linux 使用 V2ray 代理 ，可以对接 Azure 配置的 V2ray 服务器

下载并解压内核

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# 切换目录到 /usr/src
cd /usr/src

# 下载源码包
sudo wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.9.6.tar.xz

# 解压源码包到路径 /usr/src
sudo tar -xavf  linux-6.9.6.tar.xz  -C /usr/src

编译前处理

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# 切换到预编译内核目录
cd /usr/src/linux-6.9.6

# 删除所有的编译生成文件、内核配置文件(.config文件)和各种备份文件，第一次编译使用
make mrproper

# 删除大多数的编译生成文件，但是会保留内核的配置文件.config，还有足够的编译支持来建立扩展模块
make clean

配置

配置文件

使用当前系统配置（建议使用），可以切换内核后保证驱动没有问题，但是编译出来的内容可能会很大

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# 切换到预编译内核目录
cd /usr/src/linux-6.9.6

# 复制当前配置，当前配置在/boot/config-$(uname -r) .config
sudo cp -v /boot/config-$(uname -r) .config

使用默认配置（不推荐使用），会比较小，但可能会存在兼容性问题

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# 切换到预编译内核目录
cd /usr/src/linux-6.9.6

# 使用默认配置
make defconfig

使用当前系统配置，修改部分内容

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# 打开.config
vim .config

在 vim 中，使用 /debian 来搜索相关两行需要修改的内容

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# CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS="debian/canonical-certs.pem"
# 修改上面的行变为下面的样子，即删除debian/canonical-certs.pem
CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS=""

# CONFIG_SYSTEM_REVOCATION_KEYS="debian/canonical-revoked-certs.pem"
# 修改上面的行变为下面的样子，即删除debian/canonical-revoked-certs.pem
CONFIG_SYSTEM_REVOCATION_KEYS=""

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启动编译配置界面（非必需）

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# 启动配置界面
sudo make menuconfig

# 会打开一个新的界面
# 可以通过该图形界面对内核加载的模块编译选项进行调整，如修改编译后的内核名称、新添加之前系统缺少的模块等。
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进入 General setup -> ( ) Local version-append to kernel release ，输入新的版本号， 确认 .config 文件中 Local version 功能是否配置成功。

打开 .config 文件，搜索 CONFIG_LOCALVERSION ，发现已含有刚刚修改的版本附加信息。

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# 打开.config文件
vim .config

在 vim 中，使用 /CONFIG_LOCALVERSION 来搜索刚才的配置的定位，发现已含有刚刚修改的版本附加信息。

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编译安装内核（必须严格按照顺序）

1、编译内核

使用如下命令编译内核

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# 查看cpu数量
nproc
# 显示所有CPU数量
nproc --all
# 编译内核
sudo make -j $(nproc --all) bzImage
# -j 代表多核同时处理，建议使用，可以加快速度

# 编译并且显示细节，可以排查错误用（无异常不需要使用）
# sudo make V=1 -j $(nproc --all) bzImage

# 报错请查看.config对应行的问题

如果显示错误，请确保所有依赖完成安装，这里时间会非常很久

最后显示 Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready (#1) 显示编译成功

2、编译并安装内核模块

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#执行编译内核模块命令
sudo make modules -j $(nproc --all)

# 安装内核模块，默认安装的路径(/lib/modules/kernel-version/)
sudo make modules_install

# 指定安装路径，指定到开发板的文件系统中或者打包放到文件系统中
# sudo make modules_install INSTALL_MOD_PATH=~/rootfs

这里时间也会很久。

3、安装内核

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# 将编译内核安装
make install

请确保输出的结果没有 Miss 或者 Error 等问题。

添加启动项

查看 boot 目录变化

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# 命令执行后检索/boot目录是否包含最新内核
ls -l /boot | grep 6.9.6

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# 查看lib/modules下情况
ls /lib/modules/

image-20240623112526884

比如我的应该是 6.9.6.202406221707

添加启动项

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# 进入/boot/grub/
cd /boot/grub

# 执行update-grub2 更新grub目录
update-grub2

出现这个代表添加启动项成功了。

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设置启动项加载时间（只需要配置一次）

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# 备份配置文件
cp /etc/default/grub /etc/default/grub.bak

# 打开配置文件
vim  /etc/default/grub

修改其中的几个参数为下面情况：

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GRUB_DEFAULT=2

GRUB_TIMEOUT=10

# GRUB_TIMEOUT_STYLE=hidden

GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="text"
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# 更新grub
sudo update-grub

重启

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# 重启
reboot

选择新内核

启动

10s 内，需要进行操作，不然会跳转到其他界面去，这个时候关机重启即可再次进入这个界面

选择 Advanced options for Ubuntu

image-20240623120334476

选择对应的内核即可，选择不带（recovery mode）

image-20240623120456245

查询内核版本号

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# 查询内核版本号
uname -r

切换内核成功！

image-20240623120718887

附录

参考链接

如何编译 Linux Kernel

Linux–内核编译流程+系统调用（ubuntu）

虚拟机 Ubuntu20.04，在 linux-5.4.1 内核下添加一个简单的系统调用并编译该内核

常用编译命令

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1.清理工作目标
make clean: 删除编译中间文件，但是保留配置
make mrproper：删除包括配置文件的所有构建文件
make distclean：执行mrproper所做的一切，并删除备份文件

2.配置内核
make menuconfig：文本图形方式配置内核
make oldconfig：基于当前的.config文件提示更新内核
make defconfig：生成默认的内核配置
make allmodconfig：所有的可选的选项构建成模块
make allyesconfig：生成全部选择是内核配置
make noconfig：生成全部选择否的内核配置

3.构建内核目标
make all：构建所有目标
make bzImage：构建内核映像
make modules：构建所有驱动
make dir/：构建指定目录
make dir/file.[s|o|i]：构建指定文件
make dir/file.ko：构建指定驱动

4.安装内核
make install：安装内核
make modules_install：安装驱动

5.打包工具
make rpm：生成内核的RMP包
make rpm-pkg：生成带源码的RPM包
make binrpm-pkg：生成包含内核和驱动的RMP包
make deb-pkg：生成包含内核和驱动的debian包

6.生成文档工具
make xmldocs：生成xml文档
make pdfdocs：生成pdf文档
make htmldocs：生成html文档

制作 generic 映像

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# 制作新的initrd，注意替换自己的版本号
mkinitramfs /lib/modules/6.9.6202406221707 -o /boot/initrd.img-6.9.6202406221707-generic
#这里很长时间不出现输出属于正常情况，结果不会输出任何东西

# 检查/boot下是否存在initrd.img-6.9.6202406221707-generic
ls /boot

# 复制bzImage
cp /usr/src/linux-6.9.6/arch/x86/boot/bzImage  /boot/vmlinuz-6.9.6202406221707-generic

# 复制System.map
cp  /usr/src/linux-6.9.6/System.map  /boot/System.map-6.9.6202406221707-generic

# 复制config文件
cp /boot/config-6.9.6202406221707 /boot/config-6.9.6202406221707-generic

# 检查/boot下是否存在刚才复制的，分别为vmlinuz-6.9.6202406221707-generic、System.map-6.9.6202406221707-generic、config-6.9.6202406221707-generic
ls /boot