【Linux驱动开发100问】如何编译Linux内核？

🥇今日学习目标：如何编译Linux内核？
🤵‍♂️ 创作者：JamesBin
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🍁专栏介绍：Linux驱动开发100问

一、为什么要编译内核

编译内核是为了定制或优化内核以满足特定的需求，比如添加或移除驱动程序、启用或禁用某些内核功能、加入新的文件系统等。内核编译的主要工作包括：

1. 生成内核镜像：在内核编译的过程中，编译器将内核源代码编译为机器码，并把它们打包成一个内核镜像文件。内核镜像文件包括内核代码和初始化文件系统的根文件系统映像，是Linux操作系统的核心文件。

2. 生成内核模块：内核模块是一种可插拔的代码，可以动态地添加到内核中，以扩展内核功能。内核模块可以在内核运行时动态加载和卸载。在内核编译过程中，编译器还将所有的内核模块编译成二进制文件。

3. 配置内核选项：内核编译的过程中，可以使用配置工具（比如make menuconfig）来选择启用或禁用特定的内核选项。例如，可以选择启用某个驱动程序或禁用某个内核功能。配置工具还可以帮助用户管理内核模块，选择编译特定的文件系统驱动等。

总的来说，编译内核是为了根据用户需要定制Linux内核，以便于满足特定的需求和运行环境。内核编译的结果是一个可用的内核镜像和一系列的内核模块，它们可以被用于更新或者升级Linux系统。

二、如何编译Linux内核

内核编译过程中需要确保系统安装了必要的编译器和工具链，以及必要的开发包和库文件。否则编译过程可能会失败。此外，在编译和安装内核之前，最好备份系统中原有的内核，以免出现意外情况导致系统无法启动。

编译Linux内核可以按照以下步骤进行：

1. 下载Linux内核源代码：可以从Linux官网上下载最新的Linux内核源代码。

2. 解压内核源代码：使用tar命令解压下载的内核源代码文件。

3. 配置内核：进入内核源代码目录，执行make menuconfig命令打开内核配置菜单，配置需要的内核选项，比如添加或删除驱动程序，启用或禁用某些内核功能，添加新的文件系统等。

4. 编译内核：执行make命令进行内核编译。如果系统有多个CPU核心，可以使用-j选项来加快编译速度。

5. 安装内核：执行make install命令安装编译好的内核文件到系统中。

6. 更新引导程序：如果要使用新编译的内核启动系统，需要在引导程序中添加新的内核映像。可以使用grub-mkconfig命令更新引导程序配置文件，然后重启系统。

三、详细步骤

下面简单介绍一下Linux内核编译过程，需要注意如果在步骤中出现错误请自行百度解决，由于内核编译过程中错误步骤众多，不同的错误原因也不尽相同。

3.1 下载内核源代码

从官网 https://www.kernel.org/ 或者其他镜像站点下载想要编译的内核源代码。

除了通过网站下载压缩包外还可以使用git进行下载，由于直接在网站上下载压缩包较为简单，这里就不过多介绍了，这里详细介绍一下如何通过git进行压缩包的下载。

以下下载步骤及编译步骤都需要在Linux环境下完成。

1、安装git工具
如果系统中没有安装 git 工具，需要先安装 git 工具，例如在 Ubuntu 系统中可以使用以下命令进行安装：

sudo apt-get update
sudo apt-get install git

2、克隆内核源码
使用 git clone 命令克隆内核源码。可以从官方 git 仓库中克隆最新版内核源码：

git clone https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git

也可以从其他 git 仓库中克隆指定版本的内核源码。例如，从 github 上的 git 仓库中克隆 Linux 5.12 版本的内核源码：

git clone --depth 1 --branch v5.12 https://github.com/torvalds/linux.git

其中，--depth 1 表示只克隆最近的一个版本，不下载历史版本的记录，可以加快下载速度。--branch v5.12 表示克隆 Linux 5.12 版本的内核源码。

3、切换分支

如果需要切换到其他分支，可以使用 git checkout 命令。例如，切换到 Linux 5.10 版本的分支：

cd linux
git checkout v5.10

4、更新内核源码

如果已经克隆了内核源码并且需要更新源码到最新版，可以使用以下命令：

git pull

以上就是通过 git 工具下载 Linux 内核源码的基本步骤。

3.2 解压并进入源代码目录

解压内核源文件（注意：要先使用cd命令进入压缩包所在目录），可以使用如下命令：

tar -xvf linux-xxx.tar.gz

通过cd命令进入到源代码目录

cd linux-xxx/

3.3 配置内核

使用命令 make menuconfig 进入内核配置界面，进行内核的配置，包括选择需要编译的模块和功能等。

以下是一些常见的需要配置的选项：

1. 处理器架构相关的选项，例如选择处理器的类型和架构。

2. 内核编译选项，例如开启或关闭调试信息、内核跟踪等。

3. 设备驱动选项，例如选择需要支持的设备驱动模块、文件系统等。

4. 网络选项，例如选择网络协议、网卡驱动等。

5. 安全选项，例如选择安全模块、访问控制等。

6. 其他选项，例如系统时间、电源管理等。

在进入内核配置界面后，可以根据自己的需要选择需要开启或关闭的选项。配置时，大部分都是使用其默认选项，小部分才根据需要进行选择。配置完成后，需要保存配置并退出界面，即可开始进行内核编译。

配置界面的保存与退出

在 make menuconfig 进入的内核配置界面中，完成选项的配置后，需要按照以下步骤保存配置并退出：

1. 按下键盘上的 Esc 键，此时会出现一个提示框，询问是否保存对配置的修改。选择保存并退出。

2. 如果选择保存并退出，则会提示是否保存配置到 .config 文件中。选择保存即可。

3. 如果选择不保存，则需要重新配置选项，否则直接退出界面。

完成保存并退出后，即可开始进行内核的编译。

3.4 如何编译Linux内核

在Linux内核编译的时候需要用到make命令，即执行以下指令即可完成内核的编译

$ make modules_install

make modules_install 命令的本质是将编译出来的内核模块安装到指定的目录中。在 Linux 系统中，内核由内核镜像和内核模块两部分组成。内核镜像是一个独立的可执行文件，它包含了操作系统的核心代码和数据。而内核模块则是一些独立的代码文件，它们可以在运行时被动态地加载到内核中，从而扩展内核的功能。

在编译 Linux 内核时，除了生成内核镜像之外，还会生成一些内核模块。这些内核模块需要被安装到指定的目录中，才能被系统正确地加载和使用。

make modules_install 命令就是将编译出来的内核模块安装到系统指定的目录中，通常是 /lib/modules/ 目录下的一个子目录中，这样系统就能够正确地加载和使用这些模块了。

3.5 如何安装Linux内核

编译完Linux内核后如果需要进行内核的安装，需要用到以下指令及步骤：

编译完成后，可以使用以下命令安装模块：

make modules_install

并使用以下命令安装内核：

$ make install

安装完成后，可以使用以下命令重新生成 initramfs：

$ update-initramfs -c -k <version>

其中，<version> 是新内核的版本号。

其中initramfs 是 Linux 内核引导过程中使用的一种临时文件系统。在 Linux 系统启动时，内核会首先加载 initramfs 文件系统，该文件系统包含了一些用于系统初始化和启动的文件和工具，例如 init 程序、udev、cryptsetup 等等。在 initramfs 文件系统加载完成后，内核会执行 init 程序，进一步初始化系统，并将根文件系统切换到实际的根文件系统。

四、相关知识

学习Linux内核编译还需要掌握以下知识：

1. 原理和概念：了解Linux操作系统的基本原理和概念，例如进程、线程、文件系统、内存管理、系统调用等。

2. Linux内核架构：了解Linux内核的结构和模块之间的关系，例如进程管理模块、文件系统模块、网络模块等。

3. 编译工具链：了解编译工具链的基本原理和使用方法，例如GCC、Make、binutils等。

4. Linux内核配置：了解Linux内核的配置选项和如何使用make menuconfig命令进行配置。

5. 内核模块编程：了解Linux内核模块的编写原理和方法，例如模块的初始化和卸载、模块参数的传递、模块的调试等。

6. Linux启动过程：了解Linux系统的启动过程和各个阶段所做的工作，例如bootloader的引导过程、内核初始化阶段、用户空间的初始化等。

7. 内核调试：了解Linux内核调试的方法和工具，例如使用gdb进行内核调试、使用printk进行调试信息输出等。

以上是学习Linux内核编译需要掌握的一些其他知识，掌握了这些知识，就可以进行Linux内核的编译、调试和修改等操作。

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