# Linux Kernel Build

这是操作系统系统的分类图，也是目前市场上存在的集中不同的操作系统设计思想，分别是：

• 宏内核：操作系统提供较为完备的运行组件
  • 目的：通用性，完备性
• 微内核：操作系统仅提供基础系统服务的组件
  • 目的：精简性，移植性
• 混合内核：鉴于前两种之间
  • 目的：获取前两者的优点的平衡点

关于不同设计思想和好坏，这里不做具体比较，后面我们会专门分析这个内容，这里我们主要是有这个概念，并了解到我们的 Linux 使用的是宏内核的设计方法，下图为 Linux 内核的基本组件内容，对应后面的各个部分，我们能在宏观上对整个 Linux 内核的构成有了解。

# Get Source Code

Linux Code 阅读器能够在线查阅源码，The Linux Kernel documention 能够查阅到 Linux 版本的改动和一些开发的示例，源码下载可以在官网，如果网络太慢的话，可以使用中国的镜像站，例如清华镜像站等，下载的格式一般是 tar.gz ，然后执行以下的命令进行解压

#bash

$ tar -zxvf ./xxx.tar.gz #解压源码

然后我们可以使用 tree 这个工具对整个内核的文件目录架构有个直观的理解，执行以下的命令

#bash

$ tree -L 1 #查看树状的目录内容 深度为 1

如果没有该工具，可以使用 sudo apt install tree 进行下载

然后我们能看到这样的内容结构：

文件夹部分：

• doucumentation ：说明文档，对每个目录的具体作用进行说明。

• arch : 存放不同架构下的硬件的初始化代码和相关的配置文件

  • arch/xxx/config ：该架构下的一般配置文件

• block ：部分块设备驱动程序

• certs ：和证书相关

• crypto ：加密，压缩， CRC 校验算法

• drivers ： 驱动源码，这里包含所有提交到 Linux 社区的驱动，可以在配置文件勾选是否编译进去

• fs ：文件系统源码，这里包含了所有文件系统支持的源码，也可以在配置文件中进行勾选

• include ： 通用头文件包括对通用硬件，软件等的支持

• init ：这里包含的 init 进程的动作，也就是跳转到内核后开始执行的

• ipc ：这里包含了进程间通信的机制和逻辑实现

• kernel ： 这里包含了内核的核心通用代码的实现

  • kernel/config ： 一般的配置文件
  • /boot/config-x.xx.x-xx-xxxxxx 当前正在运行内核的配置文件

• lib ：程序的共享库的源文件，库文件代码 (与平台相关的)

• mm ：内存管理的源码

• net ：网络相关的源码

• usr ：统一系统资源的源码

• security ：Selinux 的模块

• sound ：音频设备的驱动程序

• Scripts ：编译过程中会执行的一些脚本程序

文件部分：

# Prepare The Environment

在环境准备这里我们介绍了两种不同的内核准备环境，然后我们根据自己的需求进行配置即可

• 通用 PC 的内核环境准备
• 实时 PC 的内核环境准备

需要根据不同的架构下载相应的工具链，具体可以参考以下命令：

# ARM

• 对于 ARM 32 位工具链

$ sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabihf g++-arm-linux-gnueabihf

• 对于 ARM 64 位工具链

$ sudo apt-get install gcc-aarch64-linux-gnu g++-aarch64-linux-gnu

• 安装程序包依赖项

$ sudo apt-get install build-essential autoconf libtool cmake pkg-config git python-dev swig3.0 libpcre3-dev nodejs-dev

# RISC-V

Toolchain：https://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchain

• 安装必要的编译工具依赖

$ sudo apt-get install autoconf automake autotools-dev curl python3 libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc zlib1g-dev libexpat-dev

• 编译工具的安装

$ ./configure --prefix=/opt/riscv

$ make

# Normal Kernel

依赖包的安装，因为在编译过程中会使用一些软件和依赖库，以下为一般依赖安装的要求

#bash

$ sudo apt update #更新源

$ sudo apt-get install build-essential # 常用构建工具集 包含（g++ gcc make dpkg lic6）

$ sudo apt install ncurses-base ncurses-bin #依赖包：是一个程序库，它提供了 API: 文字终端

$ sudo apt install libncurses5-dev  #lib 版本的依赖包

$ sudo apt install flex bison  #flex 弹性布局  bison 通用解析器生成器

$ sudo apt install libssl-dev  # 安全套接字协议

$ sudo apt install libelf-dev elfutils  #ELF 目标文件访问库  elfutils 用于读取，创建和修改 ELF 二进制文件

# Real-Time Kernel

Linux 源码没有实现硬实时，为了实现抢占式的内核环境，我们需要使用上游 Linux 社区提供的实时补丁，来使得内核编译提供硬实时的环境，因此我们首先需要从网站获取补丁，我们需要找到对应版本的补丁。下载文件的格式为 tar.gz ，然后放在 Linux Kernel 源码文件夹同级的目录。需要注意的是：如果你使用版本过新，有可能该版本社区仍未提供补丁。亦或是你的版本并没有在社区提供支持的计划内。因此有实时需求的使用者，建议先到网站查阅提供的内核版本补丁的列表，然后再根据项目需求到选择内核版本。

硬实时：不仅要求任务响应要实时，而且要求在规定的时间内完成事件的处理

下载后，执行以下命令

#bash

$ tar -xzvf linux-5.6.19.tar.gz #解压内核

$ gunzip patch-5.6.19-rt12.patch.gz #解压补丁

$ cd linux-5.6.19/

$ patch -p1 < ../patch-5.6.19-rt12.patch #打补丁

接下来就是依赖包的安装

#bash

$ sudo apt update #更新源

$ sudo apt-get install build-essential # 常用构建工具集 包含（g++ gcc make dpkg lic6）

$ sudo apt install ncurses-base ncurses-bin #依赖包：是一个程序库，它提供了 API: 文字终端

$ sudo apt install libncurses5-dev  #lib 版本的依赖包

$ sudo apt install flex bison  #flex 弹性布局  bison 通用解析器生成器

$ sudo apt install libssl-dev  # 安全套接字协议

$ sudo apt install libelf-dev elfutils  #ELF 目标文件访问库  elfutils 用于读取，创建和修改 ELF 二进制文件

# Configure Kernel Build

#bash

$ cd linux-x.x.xx

# 拿到你想要配置的 config 文件

$ cp /arch/arm64/config/defconfig .config #将配置文件复制到一级目录

# 以下六选一！！！只需要执行一次

$ make config #老的 make 方式，使用的时每一次弹一句问 y/n

$ make oldconfig # 与上面这种类似，默认一样的配置不会弹出，新配置才会弹出提问

$ make menuconfig # 文字终端的图形化，推荐使用

$ make xconfig #图形化的配置 (需要安装图形化系统)

$ make kconfig #(KDE 桌面环境下，并且安装了 qt 开发环境)

$ make gconfig #(Gnome 桌面环境，并且安装 gtk 开发环境)

这里我们演示了 make menuconfig

一般情况下，我们需要改动的主要是通用设置（也就是 General Setup ），除非需要进行内核定制或者裁剪的时候，我们才会去修改其他具体的配置项。

界面的介绍：

• [] ：编译可选项，有两种状态， [*] 和 [] ，表示编译进内核和不编译进内核。

• <> ：编译可选项，有三种状态， <*> 和 <M> 和 <> ，表示编译进内核，编译成模块化作为加载模块，不编译进内核。

• {} ：编译形式（一定要编译的），有两种 {*} 和 {M} ，表示编译进内核和编译成模块化作为加载模块。

• -- ：依赖编译内容，因为开启一些编译选项而需要的依赖内容

控制介绍：

方向键：控制上下左右移动

Space ：选择选项的内容

# Optional

# Unnecessary

这部分往往是我们不需要开启的编译内容，能够帮我们加快编译速度和精简内核

# Necessary

这部分往往是我们需要开启的编译内容，因为这是系统的基本运行依赖组件，取消后会导致系统异常

# Consideration

# Build Kernel

编译前准备

#bash

$ make prepare # 编译前准备

然后选择编译工具，如果是交叉编译，需要安装目标系统的编译工具链

#bash

$ make ARCH=xx.xxx  #xx.xx 是编译工具链

这里有两个选项：

make zImage

make bzImage

区别：在 X86 平台上，zimage 只能用于小于 512k 的内核

#Bash 完成命令

$ make bzImage ARCH=xx.xxx

编译好的内核在： arch/xxx/boot/ 目录下

如果要编译并打包成 deb 可执行以下命令

#bash

$ make -j`nproc` && make -j`nproc` bindeb-pk

$ make dep-pkg

编译好的文件包再源码目录的上一级中

编译模块并安装

#bash

#编译和安装模块

$ make modules

$ sudo make modules_install INSTALL_MOD_PATH=/lib/modules #将编译好的内核模块放在 c/lib/modules 下

安装内核

#自动安装

$ sudo make install 

#手动安装

$ sudo cp linux-x.xx.xx/arch/xxx/boot/bzImage /boot/mylinux-x.x.xx

$ sduo cp linux-x.xx.xx/initrd-x.xx.xx /boot/initrd-x.xx.xx

#非本机手动安装

$ sudo dpkg -i linux-*.deb

更新引导

#Bash

$ sudo update-initramfs -c -k x.xx.xx

$ sudo update-grub # 更新引导

$ sudo update-grub2

$ reboot #测试

# Summary

本文介绍了 Linux Kernel 的基本概念以及编译的基本流程和注意事项，已经常见选项控制，主要是让大家对内核编译有一个了解和实操的指南，是一本指南式博客。