在Ubuntu上编译安装linux内核详细过程

在Ubuntu上编译安装linux内核详细过程

时间：20220414，版本：V0.1

作者：robotech_erx

1.预备

1.1解释题目

一个linux系统需要3个组件：内核、根文件系统、bootloader。不管是哪个发行版或者嵌入式系统，内核都是一样的。Bootloader也相对简单，pc上用grub，嵌入式系统上用uboot。比较麻烦的是构建根文件系统（init系统，GUI，编译工具，shell，各种工具等等）。嵌入式系统上还好说，有很多的工具可以快速的搞出一个最小（或者不那么小的）根文件系统。PC上的根文件系统，工作量就很庞大了，不是那么快能完成的。其实一个发行版，比如ubuntu，叫做linux根文件系统更准确。

因此，这里仅仅是编译一个新的内核并安装，修改一下grub，让他加载新的内核启动系统。根文件系统还是Ubuntu原来的。

1.2关于linux内核版本号和Ubuntu版本号

查看当前linux内核版本

$ uname -r

5.13.0-39-generic

含义如下：major#.minor#[.patchlevel][-EXTRAVERSION]

对应到5.13.0-39-generic：

5：主版本号

13：次版本号，一个次版本号出现通常代表着是一个稳定版本

0：patchlevel，applied on occasion to the stable kernel when significant bug/security fixes are required.

-39-generic：EXTRAVERSION，又称作localversion，通常是发行版使用，用于标记发行版对内核的修改。

1.3发行版本和内核版本的对应关系

从版本号可以知道（-39-generic），发行版的内核与原版相比是有修改的。下载发行版的代码可以参考：

https://wiki.ubuntu.com/Kernel/Dev/KernelGitGuide

https://cloud.tencent.com/developer/article/1439068 找到运行的Ubuntu版本对应的内核源码

我们这里使用原始版本的代码编译一个内核，但是文件系统使用的还是ubuntu20.04的。Ubuntu版本和内核版本是有关联的。例如ubuntu 20.04 里，apt-cache search linux-image查看。最旧的版本也是5.4。如果使用4.x的内核，可能会有一些问题（哪些问题呢？）。

2.编译

2.1下载内核、安装工具

这里编译的版本是5.17.2。（原有版本是Linux version 5.13.0-39-generic）。

安装需要的工具：

$sudo apt update

$sudo apt install git fakeroot build-essential ncurses-dev xz-utils libssl-dev bc flex libelf-dev bison dwarves

上面的工具编译4.x的内核足够了，但是5.13之后的还需要一些别的工具

sudo apt install zstd #5.13之后支持zstd压缩

2.2获取起始的.config文件

完全手工指定内核的配置选项不现实，一般都是找一个.config文件然后以这个文件为基础进行修改。这个起始的配置文件一般3种获取的方法：

（1）使用源码里自带的defconfig文件。如果是嵌入式系统，使用已有的defconfig配置是个不错的选择。

（2）可以使用Ubuntu20.04自己的config文件作为配置的基础。

在源码文件根目录下：

$ cp /boot/config-$(uname -r) ./.config

直接复制问题是，一些新内核新增加的配置需要自己手工配置了。

（3）使用localmodconfig 对象获取一个精简的编译配置。

为了能够应对各种各样的环境，发布版的内核包含很多内核模块。但是在某个特定机器，例如，大家自己平时使用的PC上实际用到的模块只是其中的极小一部分。重新构建内核时，对不使用的模块进行编译就会浪费时间。

将localmodconfig作为make的目标，kbuild系统会获取一个当前在用的模块的列表，生成仅以正在使用的内核模块为对象的.config文件，从而大幅度减少编译时间。

在源码文件根目录下：

lsmod > /tmp/lsmod.now

make LSMOD=/tmp/lsmod.now localmodconfig

Localmodconfig也是使用/boot/config-$(uname -r) ./.config作为基准的。输入命令后，两个kbuild会询问对于新内核增加的那些配置的选择。

这里使用的是第3种方法。

2.3配置menuconfig

$ make menuconfig

这里主要是想编一个可GDB调试的内核，所以有以下两个配置：

（1）在生成的vmlinux中保留调试信息：

Kernel hacking--->

Compile-time checks and compiler options  --->

[*] Compile the kernel with debug info  

[*] Provide GDB scripts for kernel debugging   

（2）启用KGDB/KDB支持：

Kernel hacking    --->

Generic Kernel Debugging Instruments   --->                                                                         

--- KGDB: kernel debugger                                    

[*]   KGDB: use kprobe blocklist to prohibit unsafe breakpoints        

<*>   KGDB: use kgdb over the serial console            

[ ]   KGDB: internal test suite                        

[*]   KGDB: Allow debugging with traps in notifiers    

[*]   KGDB_KDB: include kdb frontend for kgdb                         

(0x1)   KDB: Select kdb command functions to be enabled by default    

[*]     KGDB_KDB: keyboard as input device                         

(0)     KDB: continue after catastrophic errors                       

不同的内核版本中，具体的位置可能不太一样。

不论是第2还是第3种方法设置的初始配置文件，上述2个配置都是默认选中的。所以这里仅仅是查看一下~

2.4编译

make -j4            #使用4线程编译

遇到一个出错：

make[1]: *** No rule to make target 'debian/canonical-certs.pem', needed by 'certs/x509_certificate_list'.  Stop.

查了一下，需要关闭两个配置

第一个是

CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS="debian/canonical-certs.pem"

找到他修改成:

CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS=""

或者运行脚本关闭:

scripts/config --disable SYSTEM_TRUSTED_KEYS

or

scripts/config --set-str SYSTEM_TRUSTED_KEYS ""

第二个是

CONFIG_SYSTEM_REVOCATION_KEYS="debian/canonical-revoked-certs.pem"

关闭:

scripts/config --disable SYSTEM_REVOCATION_KEYS

具体原理没有深究。参考自：

（https://askubuntu.com/questions/1329538/compiling-the-kernel-5-11-11）

编译完成后，显示

...

Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready  (#2)

括号里的 #2意思是这个内核的第二次构建。

除了bzImage 其他生成的东西系包括：

vmlinux，比较大的文件（900多M，bzImage 不到10M）

modules，以模块方式编译的驱动们。执行如下命令查看都生成了哪些模块：

$ find . -name “*.ko”

2.5安装内核、模块和Initramfs

两个make命令完成这个工作。

安装模块：

$sudo make modules_install  #安装模块

“安装”就是把模块文件拷贝到根文件系统的目录中，这里是/lib/modules/$(uname -r)/

需要注意的是：

ls -l /lib/modules/5.17.2/

total 384

lrwxrwxrwx  1 root root    34 4月  13 20:18 build -> /home/sunlion/Desktop/linux-5.17.2

drwxr-xr-x 10 root root  4096 4月  13 20:18 kernel

-rw-r--r--  1 root root 29941 4月  14 08:51 modules.alias

-rw-r--r--  1 root root 27556 4月  14 08:51 modules.alias.bin

-rw-r--r--  1 root root 10361 4月  13 20:18 modules.builtin

-rw-r--r--  1 root root 26092 4月  14 08:51 modules.builtin.alias.bin

-rw-r--r--  1 root root 12959 4月  14 08:51 modules.builtin.bin

-rw-r--r--  1 root root 81270 4月  13 20:18 modules.builtin.modinfo

-rw-r--r--  1 root root  7568 4月  14 08:51 modules.dep

-rw-r--r--  1 root root 11475 4月  14 08:51 modules.dep.bin

-rw-r--r--  1 root root   126 4月  14 08:51 modules.devname

-rw-r--r--  1 root root  2983 4月  13 20:18 modules.order

-rw-r--r--  1 root root    85 4月  14 08:51 modules.softdep

-rw-r--r--  1 root root 71730 4月  14 08:51 modules.symbols

-rw-r--r--  1 root root 81094 4月  14 08:51 modules.symbols.bin

lrwxrwxrwx  1 root root    34 4月  13 20:18 source -> /home/sunlion/Desktop/linux-5.17.2

符号连接build和source 指向的是源码文件的安装目录，后面编写驱动需要提供给makefile，而且需要是编译配置过之后的源码，“纯”代码，.config文件都没有，是不行的。所以用于编译的源码放在一个合适的位置比较重要（例如 /usr/src/），这里放在桌面就比较随意了。最好是专门做一个环境变量来标志源码目录。

安装内核：

$sudo make install          #安装内核

执行后，输出如下：

arch/x86/Makefile:154: CONFIG_X86_X32 enabled but no binutils support

sh ./arch/x86/boot/install.sh 5.17.2 \

arch/x86/boot/bzImage System.map "/boot"

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/apt-auto-removal 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/initramfs-tools 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

update-initramfs: Generating /boot/initrd.img-5.17.2

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/unattended-upgrades 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/update-notifier 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/vboxadd 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

VirtualBox Guest Additions: Building the modules for kernel 5.17.2.

 

VirtualBox Guest Additions: Look at /var/log/vboxadd-setup.log to find out what

went wrong

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/xx-update-initrd-links 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

I: /boot/initrd.img.old is now a symlink to initrd.img-5.13.0-39-generic

I: /boot/initrd.img is now a symlink to initrd.img-5.17.2

run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/zz-update-grub 5.17.2 /boot/vmlinuz-5.17.2

Sourcing file `/etc/default/grub'

Sourcing file `/etc/default/grub.d/init-select.cfg'

Generating grub configuration file ...

Found linux image: /boot/vmlinuz-5.17.2

Found initrd image: /boot/initrd.img-5.17.2

Found linux image: /boot/vmlinuz-5.13.0-39-generic

Found initrd image: /boot/initrd.img-5.13.0-39-generic

Found linux image: /boot/vmlinuz-5.11.0-27-generic

Found initrd image: /boot/initrd.img-5.11.0-27-generic

Found memtest86+ image: /boot/memtest86+.elf

Found memtest86+ image: /boot/memtest86+.bin

done

这段输出说明了make install完成的工作：

1.复制bzImage System.map文件到 "/boot"目录；

2.生成initramfs文件到/boot/initrd.img-5.17.2；

3.更改grub的配置文件，把新内核的相关信息添加到配置中。

重启，自动使用最新的内核，uname -a 可查看内核信息。（启动时，按住shift可进入grub的选择菜单，选择一个内核）

2.6总结

$ sudo apt update

$ sudo apt install git fakeroot build-essential ncurses-dev xz-utils libssl-dev bc flex libelf-dev bison dwarves zstd

$ make distclean

$ lsmod > /tmp/lsmod.now

$ make LSMOD=/tmp/lsmod.now localmodconfig

$ scripts/config --disable SYSTEM_TRUSTED_KEYS

$ scripts/config --disable SYSTEM_REVOCATION_KEYS

$ make menuconfig

$ make -j4            #使用4线程编译

$ sudo make modules_install  #安装模块

$ sudo make install          #安装内核

  

其他一些可能有用的menuconfig配置

Kernel .config support：将.config配置信息保存在内核中，选上它及它的子项使得其它用户能从为文件/proc/config.gz 中得到内核的配置。

参考：

https://blog.csdn.net/u013014440/article/details/44154947

Linux内核程序开发