導讀

Linux內(nèi)核是一個用C語言寫成的，符合POSIX標準的類Unix操作系統(tǒng)，內(nèi)核是操作系統(tǒng)中最基本的一部分，提供了眾多應用程序訪問計算機硬件的機制。Linux內(nèi)核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，其模塊機制又濕得內(nèi)核保持獨立而又易于擴充。

Linux內(nèi)核介紹

Linux發(fā)行版是在Linux內(nèi)核的基礎之上，與外帶的應用軟件和工具打包配置之后發(fā)行的版本。最初的Linux內(nèi)核在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(fā)，之后Linus很快聚集了大量來自其他自由軟件項目的開發(fā)者和用戶為Linux內(nèi)核貢獻代碼。當前估計有上千開發(fā)者在為Linux內(nèi)核貢獻代碼。

自2.6.0版本發(fā)布后，Linux內(nèi)核以A.B.C.D的方式命名。A和B的變化可以說無關緊要，C是內(nèi)核的真實版本，每一個版本的變化都會帶來新的特性。例如內(nèi)部API的變化等等，改動的數(shù)量常常上萬。D是安全補丁和bug修復。如果你是Linux的初學者或用戶，只需了解stable即可，它代表穩(wěn)定版的內(nèi)核更新。mainline指當前的官方內(nèi)核，由Linus Torvalds進行更新維護，由開發(fā)者們貢獻的代碼主要是合并到mainline當中。linux-next和snapshot都是代碼提交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(wěn)定版本的rc基本上每周都會更新。新版本的內(nèi)核分兩種，一種是Full Source版本，完整的內(nèi)核版本。比較大，一般是tar.gz或者.bz2文件。另一種是patch文件，即補丁文件。patch文件一般只有及時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。

編譯安裝內(nèi)核

1.下載并解壓內(nèi)核

內(nèi)核下載官網(wǎng)：https://www.kernel.org/

解壓內(nèi)核：tar xf linux-2.6.XX.tar.xz

2.定制內(nèi)核：make menuconfig

參見makefile menuconfig過程講解

3.編譯內(nèi)核和模塊：make

生成內(nèi)核模塊和vmlinuz，initrd.img，Symtem.map文件

4.安裝內(nèi)核和模塊：sudo make modules_install install

復制模塊文件到/lib/modules目錄下、復制config，vmlinuz，initrd.img，Symtem.map文件到/boot目錄、更新grub

5.其他命令：

make mrprobe：命令的作用是在每次配置并重新編譯內(nèi)核前需要先執(zhí)行“make mrproper”命令清理源代碼樹，包括過去曾經(jīng)配置的內(nèi)核配置文件“.config”都將被清除。即進行新的編譯工作時將原來老的配置文件給刪除到，以免影響新的內(nèi)核編譯。

make dep：生成內(nèi)核功能間的依賴關系，為編譯內(nèi)核做好準備。

幾個重要的linux內(nèi)核介紹

config

使用make menuconfig 生成的內(nèi)核配置文件，決定將內(nèi)核的各個功能系統(tǒng)編譯進內(nèi)核還是編譯為模塊還是不編譯。

vmlinuz 和 vmlinux

vmlinuz是可引導的、壓縮的內(nèi)核，“vm”代表“Virtual Memory”。Linux 支持虛擬內(nèi)存，不像老的操作系統(tǒng)比如DOS有640KB內(nèi)存的限制，Linux能夠使用硬盤空間作為虛擬內(nèi)存，因此得名“vm”。vmlinuz是可執(zhí)行的Linux內(nèi)核，vmlinuz的建立有兩種方式：一是編譯內(nèi)核時通過“make zImage”創(chuàng)建，zImage適用于小內(nèi)核的情況，它的存在是為了向后的兼容性；二是內(nèi)核編譯時通過命令make bzImage創(chuàng)建，bzImage是壓縮的內(nèi)核映像，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文件，而且在這兩個文件的開頭部分內(nèi)嵌有gzip解壓縮代碼，所以你不能用gunzip 或 gzip –dc解包vmlinuz。 內(nèi)核文件中包含一個微型的gzip用于解壓縮內(nèi)核并引導它。兩者的不同之處在于，老的zImage解壓縮內(nèi)核到低端內(nèi)存(第一個640K)，bzImage解壓縮內(nèi)核到高端內(nèi)存(1M以上)。如果內(nèi)核比較小，那么可以采用zImage 或bzImage之一，兩種方式引導的系統(tǒng)運行時是相同的。大的內(nèi)核采用bzImage，不能采用zImage。 vmlinux是未壓縮的內(nèi)核，vmlinuz是vmlinux的壓縮文件。

initrd.img

initrd是“initial ramdisk”的簡寫。initrd一般被用來臨時的引導硬件到實際內(nèi)核vmlinuz能夠接管并繼續(xù)引導的狀態(tài)。比如initrd- 2.4.7-10.img主要是用于加載ext3等文件系統(tǒng)及scsi設備的驅(qū)動。如果你使用的是scsi硬盤，而內(nèi)核vmlinuz中并沒有這個 scsi硬件的驅(qū)動，那么在裝入scsi模塊之前，內(nèi)核不能加載根文件系統(tǒng)，但scsi模塊存儲在根文件系統(tǒng)的/lib/modules下。為了解決這個問題，可以引導一個能夠讀實際內(nèi)核的initrd內(nèi)核并用initrd修正scsi引導問題，initrd-2.4.7-10.img是用gzip壓縮的文件。initrd映象文件是使用mkinitrd創(chuàng)建的，mkinitrd實用程序能夠創(chuàng)建initrd映象文件，這個命令是RedHat專有的，其它Linux發(fā)行版或許有相應的命令。這是個很方便的實用程序。具體情況請看幫助：man mkinitrd

System.map

System.map是一個特定內(nèi)核的內(nèi)核符號表，由“nm vmlinux”產(chǎn)生并且不相關的符號被濾出。

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

在進行程序設計時，會命名一些變量名或函數(shù)名之類的符號。Linux內(nèi)核是一個很復雜的代碼塊，有許許多多的全局符號， Linux內(nèi)核不使用符號名，而是通過變量或函數(shù)的地址來識別變量或函數(shù)名，比如不是使用size_t BytesRead這樣的符號，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。內(nèi)核主要是用c寫的，所以編譯器/連接器允許我們編碼時使用符號名，而內(nèi)核運行時使用地址。 然而，在有的情況下，我們需要知道符號的地址，或者需要知道地址對應的符號，這由符號表來完成，符號表是所有符號連同它們的地址的列表。

Linux 符號表使用到2個文件： /proc/ksyms 、System.map 。/proc/ksyms是一個“proc file”，在內(nèi)核引導時創(chuàng)建。實際上，它并不真正的是一個文件，它只不過是內(nèi)核數(shù)據(jù)的表示，卻給人們是一個磁盤文件的假象，這從它的文件大小是0可以看 出來。然而，System.map是存在于你的文件系統(tǒng)上的實際文件。當你編譯一個新內(nèi)核時，各個符號名的地址要發(fā)生變化，你的老的System.map 具有的是錯誤的符號信息，每次內(nèi)核編譯時產(chǎn)生一個新的System.map，你應當用新的System.map來取代老的System.map。

雖然內(nèi)核本身并不真正使用System.map，但其它程序比如klogd， lsof和ps等軟件需要一個正確的System.map。如果你使用錯誤的或沒有System.map，klogd的輸出將是不可靠的，這對于排除程序故障會帶來困難。沒有System.map，你可能會面臨一些令人煩惱的提示信息。 另外少數(shù)驅(qū)動需要System.map來解析符號，沒有為你當前運行的特定內(nèi)核創(chuàng)建的System.map它們就不能正常工作。

Linux的內(nèi)核日志守護進程klogd為了執(zhí)行名稱-地址解析，klogd需要使用System.map。System.map應當放在使用它的軟件能夠找到它的地方。執(zhí)行：man klogd可知，如果沒有將System.map作為一個變量的位置給klogd，那么它將按照下面的順序，在三個地方查System.map：/boot/System.map、/System.map、/usr/src/linux/System.map

System.map也有版本信息，klogd能夠智能地查找正確的映象(map)文件。

makefile menuconfig過程講解

當我們在執(zhí)行make menuconfig這個命令時，系統(tǒng)到底幫我們做了哪些工作呢？這里面一共涉及到了一下幾個文件我們來一一探討

1.Linux內(nèi)核根目錄下的scripts文件夾

2.arch/$ARCH/Kconfig文件、各層目錄下的Kconfig文件

3.Linux內(nèi)核根目錄下的makefile文件、各層目錄下的makefile文件

4.Linux內(nèi)核根目錄下的的.config文件、arch/$ARCH/configs/下的文件

5.Linux內(nèi)核根目錄下的 include/generated/autoconf.h文件

1)scripts文件夾存放的是跟make menuconfig配置界面的圖形繪制相關的文件，我們作為使用者無需關心這個文件夾的內(nèi)容

2)當我們執(zhí)行make menuconfig命令出現(xiàn)上述藍色配置界面以前，系統(tǒng)幫我們做了以下工作：

首先系統(tǒng)會讀取arch/$ARCH/目錄下的Kconfig文件生成整個配置界面選項(Kconfig是整個linux配置機制的核心)，那么ARCH環(huán)境變量的值等于多少呢？它是由linux內(nèi)核根目錄下的makefile文件決定的，在makefile下有此環(huán)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命令來生成配置界面比如教務處進行考試，考試科數(shù)可能有外語、語文、數(shù)學等科，這里我們選擇了arm科可進行考試，系統(tǒng)就會讀取arm/arm/kconfig文件生成配置選項(選擇了arm科的卷子)，系統(tǒng)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(默認配置選項)，存放在arch/$ARCH/configs/目錄下，對于arm科來說就是arch/arm/configs文件夾：

此文件夾中有許多選項，系統(tǒng)會讀取哪個呢？內(nèi)核默認會讀取linux內(nèi)核根目錄下.config文件作為內(nèi)核的默認選項(試題的參考答案)，我們一般會根據(jù)開發(fā)板的類型從中選取一個與我們開發(fā)板最接近的系列到Linux內(nèi)核根目錄下(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確(.config文件與我們的板子并不是完全匹配)，這時我們可以選擇直接修改.config文件然后執(zhí)行make menuconfig命令讀取新的選項。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，最后保存退出的時候，Linux內(nèi)核會把新的選項(正確的參考答案)更新到.config中，此時我們可以把.config重命名為其它文件保存起來(當你執(zhí)行make distclean時系統(tǒng)會把.config文件刪除)，以后我們再配置內(nèi)核時就不需要再去arch/arm/configs下考取相應的文件了，省去了重新配置的麻煩，直接將保存的.config文件復制為.config即可.

5)經(jīng)過以上兩步，我們可以正確的讀取、配置我們需要的界面了，那么他們?nèi)绾胃鷐akefile文件建立編譯關系呢？當你保存make menuconfig選項時，系統(tǒng)會除了會自動更新.config外，還會將所有的選項以宏的形式保存在Linux內(nèi)核根目錄下的 include/generated/autoconf.h文件下

內(nèi)核中的源代碼就都會包含以上.h文件，跟宏的定義情況進行條件編譯。當我們需要對一個文件整體選擇如是否編譯時，還需要修改對應的makefile文件，例如：

我們選擇是否要編譯s3c2410_ts.c這個文件時，makefile會根據(jù)CONFIG_TOUCHSCREEN_S3C2410來決定是編譯此文件，此宏是在Kconfig文件中定義，當我們配置完成后，會出現(xiàn)在.config及autconf中，至此，我們就完成了整個linux內(nèi)核的編譯過程。最后我們會發(fā)現(xiàn)，整個linux內(nèi)核配置過程中，留給用戶的接口其實只有各層Kconfig、makefile文件以及對應的源文件。

比如我們?nèi)绻胍o內(nèi)核增加一個功能，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文件，按照Kconfig語法增加對應的選項；其次執(zhí)行make menuconfig選擇編譯進內(nèi)核或者不編譯進內(nèi)核，或者編譯為模塊，.config文件和autoconf.h文件會自動生成；最后修改對應目錄下的makefile文件完成編譯選項的添加；最后的最后執(zhí)行make命令進行編譯。

Kconfig和Makefile

Linux內(nèi)核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內(nèi)核配置數(shù)據(jù)庫，每個Kconfig分別描述了所屬目錄源文檔相關的內(nèi)核配置菜單。在執(zhí)行內(nèi)核配置make menuconfig時，從Kconfig中讀出菜單，用戶選擇后保存到.config的內(nèi)核配置文檔中。在內(nèi)核編譯時，主Makefile調(diào)用這 個.config，就知道了用戶的選擇。這個內(nèi)容說明Kconfig就是對應著內(nèi)核的每級配置菜單。

假如要想添加新的驅(qū)動到內(nèi)核的源碼中，要修改Kconfig,這樣就能夠選擇這個驅(qū)動，假如想使這個驅(qū)動被編譯，則要修改Makefile。添加新 的驅(qū)動時需要修改的文檔有兩種(如果添加的只是文件，則只需修改當前層Kconfig和Makefile文件；如果添加的是目錄，則需修改當前層和目錄下 的共一對Kconfig和Makefile)Kconfig和Makefile。要想知道怎么修改這兩種文檔，就要知道兩種文檔的語法結構，Kconfig的語法參見參考文獻《【linux-2.6.31】kbuild》。

Makefile 文件包含 5 部分:

Makefile 頂層的 Makefile

.config 內(nèi)核配置文件

arch/$(ARCH)/Makefile 體系結構 Makefile

scripts/Makefile.* 適用于所有 kbuild Makefile 的通用規(guī)則等

kbuild Makefiles 大約有 500 個這樣的文件

頂層 Makefile 讀取內(nèi)核配置操作產(chǎn)生的.config 文件，頂層 Makefile 構建兩個主要的目標:vmlinux(內(nèi)核映像)和 modules(所有模塊文件)。它通過遞歸訪問內(nèi)核源碼樹下的子目錄來構建這些目標。訪問哪些子目錄取決于內(nèi)核配置。頂層 Makefile 包含一個體系結構 Makefile,由 arch/$(ARCH)/Makefile 指定。體系結構 Makefile 文件為頂層 Makefile 提供了特定體系結構的信息。每個子目錄各有一個 kbuild文件和Makefile 文件來執(zhí)行從上層傳遞下來的命令。kbuild和Makefile文件利用.config 文件中的信息來構造由 kbuild 構建內(nèi)建或者模塊對象使用的各種文件列表。scripts/Makefile.*包含所有的定義/規(guī)則,等等。這些信息用于使用 kbuild和 Makefile 文件來構建內(nèi)核。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux 为什么编译内核,Linux内核编译与安装的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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