Linux内核的编译及加载

编译内核需要做什么？

1. 查找并且下载一份内核源代码
2. 配置内核。
3. 编译内核和模块。
4. 配置启动文件。

Linux内核代码获取与解压

建议直接去官方网站（ www.kernel.org ）下载Linux内核代码。
编译内核时，一般将源码解压到/usr/src目录下，解压完成后会在该目录下生成一个与源码包版本号一致的目录。

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mv linux-3.12.6.tar.xz /usr/src 	//将下载的内核移动到/usr/src/目录下

// 切换到/usr/src/ 下载的压缩包是.tar.xz后缀，解压分为两步
xz -d linux-3.12.6.tar.xz
tar -xvf linux-3.12.6.tar

linux DOC 编译生成

linux源根目录/Documentation/00-INDEX:目录索引
linux源根目录/Documentation/HOWTO:指南
生成linux内核帮助文档:在linux源根目录(Documentation) 执行下面的命令

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make htmldocs
//ubuntu16下需要执行sudo apt-get install xmlto安装插件才可生成doc文档

在 https://www.kernel.org/doc/html/latest/index.html 也能查看到官方生成的文档

内核编译的准备工作

说明一下：本文章是根据Ubuntu系统的命令格式来写的
更换内核之前，先更新一下源：

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sudo apt-get update

然后安装一些必要的编译内核的工具

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apt-get install libncurses5-dev build-essential kernel-package

• libncurses5-dev是为了运行make menuconfig
• Build-essential是编译工具
• kernel-package是编译内核工具

进入下载的内核主目录:

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cd linux-3.12.6

清理所有产生的文件与config配置文件（第一次编译内核时可省略）

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sudo make mrproper

配置内核

在编译内核时，需要配置内核，可以使用下面命令中的一个：

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make config     #（基于文本的最为传统的配置界面，不推荐使用）
make menuconfig #（基于文本菜单的配置界面）开启文本菜单选项，对窗口有限制，尽量调大窗口，否则会出错
                #使用此命令需安装gcc和ncurses-devel

make xconfig    #（要求QT被安装）
make gconfig    #（要求GTK+被安装）

make menuconfig最值得推荐，它不依赖于QT或GTK+，且非常直观，对/home/baohua/develop/linux中的Linux 4.0-rc1内核运行 make ARCH=arm menuconfig后的界面如下图所示。

对每一个配置选项，用户有三种选含义如下：

• <*>或[*]——编译进内核本体
• [M]——编译成内核模块
• [ ]——不将该功能编译进内核

Linux内核的配置系统由以下3个部分组成。

• Makefile：分布在Linux内核源代码中，定义Linux内核的编译规则。
• Kconfig（配置文件）：给用户提供配置选择的功能。
• 配置工具：包括配置命令解释器（对配置脚本中使用的配置命令进行解释）和配置用户界面（提供字符界面和图形界面）。这些配置工具使用的都是脚本语言，如用Tcl/TK、Perl等。

.config配置文件(隐藏文件)：

• 使用make config、make menuconfig等命令后，会生成一个.config配置文件存储配置信息，记录哪些部分被编译入内核、哪些部分被编译为内核模块。
• 如果想方便配置，可复制/boot/config文件覆盖.config文件，直接修改即可。

运行make menuconfig等时，配置工具首先分析与体系结构对应的/arch/xxx/Kconfig文件（xxx即为传入的ARCH参数）

1. 通过source引入多层次的Kconfig文件：/arch/xxx/Kconfig文件中除本身包含一些与体系结构相关的配置项和配置菜单以外，还通过source语句引入了一系列Kconfig文件，而这些Kconfig又可能再次通过source引入下一层的Kconfig。
2. 配置工具依据Kconfig包含的菜单和条目即可描绘出一个如图1所示的分层结构。

编译内核和模块

编译

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sudo make -j4 # 以4个内核多线程方式编译内核
sudo make modules -j4

安装

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sudo make modules_install
sudo make install

此时，内核编译完成。安装完成后会在/boot目录下生成几个新内核的文件。
剩下是修改启动程序配置，然后运行新的内核程序。

配置启动文件

进入引导程序（boot loader)的配置文件看看，对于不同的引导程序(LILO和GRUB）,其配置文件所在路径不同。

• 对于LILO，路径为：/etc/lilo.conf
• 对于GRUB，路径为：/boot/grub/grub.cfg

本系统为GRUB引导，因此进入/boot/grub/grub.cfg
查看grub.conf配置文件，会发现新内核的信息已经写入了

如果想开机默认显示grub菜单栏：编辑grub.conf，然后注释掉”GRUB_HIDDEN_TIMEOUT”和”GRUB_HIDDEN_TIMEOUT_QUIET”

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sudo vi /etc/default/grub

编辑完毕之后更新一下：

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sudo update-grub

重启,然后选择更改后的内核

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sudo reboot

Kconfig和Makefile

在Linux内核中增加程序需要完成以下3项工作:

1. 将编写的源代码复制到Linux内核源代码的相应目录中。
2. 修改Kconfig配置：在目录的Kconfig文件中增加关于新源代码对应项目的编译配置选项。
3. 修改Makefile编译代码：在目录的Makefile文件中增加对新源代码的编译条目。

内核编译中的Makefile

这里主要对内核源代码各级子目录中的kbuild（内核的编译系统）Makefile进行简单介绍，这部分是内核模块或设备驱动开发者最常接触到的。

Makefile的语法包括如下几个方面。

1. 目标定义：用来定义哪些内容要作为模块编译，哪些要编译并链接进内核。（编译成模块or编译进内核）
   • 代码示例：

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     obj -y += foo.o ------------------------------------------------------------------------------------ obj -y 表示要由foo.c或者foo.s文件编译得到foo.o并链接进内核（无条件编译，所以不需要Kconfig配置选项） obj -m 则表示该文件要作为模块编译。 obj -n 形式的目标不会被编译。

   • 更常见的做法是根据make menuconfig后生成的config文件的CONFIG_变量来决定文件的编译方式，如：

     1 2	obj -$(CONfiG_ISDN) += isdn.o obj -$(CONfiG_ISDN_PPP_BSDCOMP) += isdn_bsdcomp.o

   • 除了具有上述obj -形式的目标以外，还有lib -y library库、hostprogs -y主机程序等目标，但是这两类基本都应用在特定的目录和场合下。
2. 多文件模块的定义:处理一个模块由多个文件组成的情况。

• 最简单的Makefile仅需一行代码就够了。如果一个模块由多个文件组成，会稍微复杂一些，这时候应采用模块名加-y或-$后缀的形式来定义模块的组成文件，如下：

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  # #Makefile for the linux ext2-filesystem routines. # obj -$(CONfiG_EXT2_FS) += ext2.o ext2 -y := balloc.o dir.o file.o fsync.o ialloc.o inode.o ioctl.o namei.o super.o symlink.o ext2 -$(CONfiG_EXT2_FS_XATTR) += xattr.o xattr_user.o xattr_trusted.o ext2 -$(CONfiG_EXT2_FS_POSIX_ACL) += acl.o ext2 -$(CONfiG_EXT2_FS_SECURITY) += xattr_security.o ext2 -$(CONfiG_EXT2_FS_XIP) += xip.o

• 模块的名字为ext2
  • 由balloc.o、dir.o、file.o等多个目标文件最终链接生成ext2.o直至ext2.ko文件，
  • 并且是否包括xattr.o、acl.o等则取决于内核配置文件的配置情况，例如，如果CONFIG_EXT2_FS_POSIX_ACL被选择，则编译acl.c得到acl.o并最终链接进ext2。

3. 目录层次的迭代:处理是否编译一个目录中文件进内核的情况。
   如下例：

   1	obj -$(CONfiG_EXT2_FS) += ext2/

   当CONFIG_EXT2_FS的值为y或m时，kbuild将会把ext2目录列入向下迭代的目标中。

Kconfig

Kconfig（配置文件）：在内核编译时给用户提供配置选择的功能。
主要包括如下几个方面。

1. 配置选项

• 大多数内核配置选项都对应Kconfig中的一个配置选项（config）：

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  config MODVERSIONS # 配置选项 bool "Module versioning support" #配置选项的类型 help # 帮助信息 Usually, you have to use modules compiled with your kernel. Saying Y here makes it ...

  “config”关键字定义新的配置选项，之后的几行代码定义了该配置选项的属性。

• 配置选项的属性包括:

  • 类型、数据范围、输入提示、
  • 依赖关系、选择关系及帮助信息、默认值等。

• 每个配置选项都必须指定类型，配置选项类型包括bool、tristate、string、hex和int

  • 其中tristate和string是两种基本类型，其他类型都基于这两种基本类型。

• 类型定义后可以紧跟输入提示，

  • 下面两段脚本是等价的：

    1	bool "Networking support"

    1 2	bool prompt "Networking support"

  • 输入提示的一般格式为：

    1	prompt <prompt> [if <expr>] #可选的if用来表示该提示的依赖关系。

  • 配置使用默认值并使用if的格式为：

    1	default <expr> [if <expr>]

    如果用户不设置对应的选项，配置选项的值就是默认值。//为了便于理解，可以看下面的例子；

• 依赖关系的格式为：

  1	depends on（或者requires） <expr>

  • 如果定义了多重依赖关系，它们之间用“&&”间隔。
  • 依赖关系也可以应用到该菜单中所有的其他选项（同样接受if表达式）内，下面两段脚本是等价的：

    1 2	bool "foo" if BAR default y if BAR

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    depends on BAR bool "foo" default y

• 选择关系（也称为反向依赖关系）:A如果选择了B，则在A被选中的情况下，B自动被选中。(我个人理解为一种包含关系)格式为：

  1	select <symbol> [if <expr>]

• 数据范围的格式为：

  1	range <symbol> <symbol> [if <expr>]

  int和hex类型的选项设置可以接受的输入值范围，用户只能输入大于等于第一个symbol，且小于等于第二个symbol的值。

• 帮助信息的格式为：

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  help（或---help---） 开始 … 结束

  • 帮助信息完全靠文本缩进识别结束。
  • “—help—”和“help”在作用上没有区别，设计“—help—”的初衷在于将文件中的配置逻辑与给开发人员的提示分开。

2. 菜单结构
   配置选项在菜单树结构中的位置可由两种方法决定。

• 第一种方式：

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  menu "Network device support" depends on NET config NETDEVICES … endmenu

  • 所有处于“menu”和“endmenu”之间的配置选项都会成为“Network device support”的子菜单，而且，所有子菜单（config）选项都会继承父菜单（menu）的依赖关系，比如，“Network device support”对“NET”的依赖会被加到配置选项NETDEVICES的依赖列表中。
  • 注意：menu后面跟的“Network device support”项仅仅是1个菜单，没有对应真实的配置选项，也不具备3种不同的状态。这是它和config的区别。
• 第二种方式：通过分析依赖关系生成菜单结构：如果菜单项在一定程度上依赖于前面的选项，它就能成为该选项的子菜单。如果父选项为“n”，子选项不可见；如果父选项可见，子选项才可见。示例如下：

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  config MODULES bool "Enable loadable module support" config MODVERSIONS bool "Set version information on all module symbols" depends on MODULES comment "module support disabled" depends on !MODULES

  • MODVERSIONS直接依赖MODULES，只有MODULES不为“n”时，该选项才可见。
• 除此之外，Kconfig中还可能使用“choices…endchoice”、“comment”、“if…endif”这样的语法结构。其中“choices…endchoice”的结构为：

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  choice <choice options> <choice block> endchoice

  它定义一个选择群，其接受的选项（choice options）可以是前面描述的任何属性，例如，LDD6410的VGA输出分辨率可以是1024×768或者800×600，在drivers/video/samsung/Kconfig中就定义了如下choice：

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  choice depends on FB_S3C_VGA prompt "Select VGA Resolution for S3C Framebuffer" default FB_S3C_VGA_1024_768 config FB_S3C_VGA_1024_768 bool "1024*768@60Hz" ---help--- TBA config FB_S3C_VGA_640_480 bool "640*480@60Hz" ---help--- TBA endchoice

  相关资料：

  用Kconfig配置脚本和Makefile脚本编写的更详细信息，可以分别参见内核文档Documentation目录内的kbuild子目录下的Kconfig-language.txt和Makefiles.txt文件。

注解

内核多次编译过，在编译开始之前可进行清理

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 make clean       #清理编译的文件，但保留配置文件
 make mrproper    #移除所有编译生成的文件、配置文件和备份文件
 make distclean   #清理所有产生的文件与config配置文件与编辑过的补丁文件,也就是完全清理

如果想快速编译，可进行如下操作

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make -j *         #*为cup核心数

如何只编译内核的部分代码

只编译某子目录中的相关代码：

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cd /usr/src/linux
make  path/to/dir/

只编译部分模块：

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make M=path/to/dir

只编译一个模块：

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make path/to/dir/MOD_NAME.ko
```	
将编译生成的文件保存至别处：

make O=/path/to/somewhere

```

参考资料

《Linux设备驱动开发详解：基于最新的Linux4.0内核》
linux内核编译详解
Linux 内核编译
Linux源码下生成并安装内核文档
Linux(ubuntu)更换内核方法
linux内核编程入门 hello world
Makefile教程（绝对经典，所有问题看这一篇足够了）
如何系统地学习 Makefile 相关的知识（读/写）？
Makefile-百度百科