Linux内核的编译


前言:

常见 Linux 内核编译有两种方式,一是直接在 Linux 系统上编译得到二进制文件,并对原有 Linux 内核进行替换,即更换 Linux 内核,此方法可能因新内核有 bug 导致系统奔溃,且难以返回原版本内核而不得不重装;第二种方法则是在模拟器中运行新的 Linux 内核,以避免对系统内核的修改。

BusyBox 是一个集成了三百多个最常用 Linux 命令和工具的软件,因为单独的 Linux 内核无任何用于用户交互的 UI,所以需要通过其它工具与新编译的Linux 内核交互。

QEMU 是以 GPL 许可证分发源码的模拟处理器,可用于模拟常见的硬件平台,常用于在 Linux 系统中建立虚拟机。

本文在阿里云 Ubuntu 18.04 64 位操作系统环境下编译 ARM Linux 内核。过程中主要是用交叉编译工具链 gcc-arm-linux-gnueabi 编译系统源码,并使用 QEMU 软件仿真硬件平台测试对象系统。

**建议使用 root 用户操作 **

本文所使用的环境:

操作系统:4.15.0-96-generic #97-Ubuntu SMP Wed Apr 1 03:25:46 UTC 2020 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

gcc: 7.5.0

qemu: 2.11.1(Debian 1:2.11+dfsg-1ubuntu7.26)

make:GNU Make 4.1

  1. 工具准备

    Busybox 需手动下载安装,QEMU 等其他工具可在线安装。

    Linux内核下载:https://www.kernel.org/

    本文使用5.4.45版本的,并使用清华大学镜像

    wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/v5.x/linux-5.4.5.tar.gz

    Busybox :

    wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.28.4.tar.bz2
  2. 环境配置

    Linux 内核编译环境需要大量软件包,可提前直接在线安装,或在内核编译的过程中安装,若缺少安装包,内核编译过程中会提示缺失错误。以下是部分需要的软件包,其中部分相同功能的软件包在不同的 Linux 版本下会以不同的名字存在。

    apt-get install gcc qemu qemu-system-arm gcc-arm-linux-gnueabi libncurses5-dev build-essential flex bison bc  

    image-20200607225302378

  3. 编译内核

    解压 Linux 内核文件包:

    tar -xzvf linux-5.4.5.tar.gz

    编译最小文件系统:

    解压 busybox,进入目录并编译:

    tar -jxvf busybox-1.28.4.tar.bz2
    cd busybox-1.28.4
    export ARCH=arm
    export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi-
    make menuconfig

    以上内容中,“export”后是指定交叉编译工具链,指定芯片框架为 ARM。如下图所示是图形化界面进行内核配置。

    image-20200607231737776

    按照以下路径配置成静态编译(回车进入,空格选中) :

    Settings —->

      Build Options
           [*]Build static binary(no shared libs)

    image-20200607232057964

    配置完毕退出后继续完成编译:

    make install  

    完成后会在目录中生成“_install”目录,本目录存放了编译好的文件系统需要的命令集合,如下图所示:

    image-20200607233324632

    将上一步骤中生成的“_install”目录拷贝至之前解压后的内核目录,进入“_install”目录,分别创建 etc、dev、mnt、etc/init.d 等目录。

    cp -r ./busybox-1.28.4/_install ./linux-5.4.5/_install
    cd ./linux-5.4.5/_install/
    mkdir etc
    mkdir dev
    mkdir mnt
    mkdir -p etc/init.d

    image-20200607234014872

    在“_install/etc/init.d”目录下新建“rcS”文件,并写入以下内容:

    mkdir -p /proc
    mkdir -p /tmp
    mkdir -p /sys
    mkdir -p /mnt
    /bin/mount -a
    mkdir -p /dev/pts
    mount -t devpts devpts /dev/pts
    echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
    mdev –s  

    image-20200607234356567

    在“_install/etc”目录创建“fstab”文件,并写入以下内容:

    proc /proc proc defaults 0 0
    tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0
    sysfs /sys sysfs defaults 0 0
    tempfs /dev tmpfs defaults 0 0
    debugfs /sys/kernel/debug debugfs defaults 0 0  

    image-20200607234653102

    在“_install/etc”目录创建“inittab”文件,并写入以下内容:

    ::sysinit:/etc/init.d/rcS
    ::respawn:-/bin/sh
    ::askfirst:-/bin/sh
    ::ctrlaltdel:/bin/umount -a -r  

    image-20200607234926195

    在“_install/dev”目录中创建如下设备节点。 :

    mknod console c 5 1
    mknod null c 1 3  

    image-20200607235200236

    完成上述设置后,在内核目录中编译内核 :

    export ARCH=arm
    export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi-
    make vexpress_defconfig
    make menuconfig  

    image-20200607235445654

    make menuconfig 设置中,按照以下路径,在 initramfs source file 中填入“_install”(按回车填入) :
    General setup —->
           [*]Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support
               (_install)Initramfs source file(s)

    image-20200607235912353

    返回上一层,在

    Boot option —->
        ()Default kernel command string

    回车进入 Default kernel command string 并清 空 。 下 图 中 删 除 原 有 内 容 用
    Ctl+Backspace 键。

    image-20200608000442154

    配置 memory split 为“3G/1G user/kernel split”,并打开High Memory Support:

    Kernel features —->
        Memory split(3G/1G user/kernel split) -
        [*] High Memory Support

    image-20200608000716572

    在内核目录下编译内核(此步骤时间较长)

    make bzImage ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi-
    make dtbs 

    可能会出现“./usr/gen_initramfs_list.sh: 131: local: 1: bad variable name”的错误,原因是以前用的bash执行而现在使用sh。

    解决办法:131行改为 :

    local dev="`LC_ALL=C ls -l "${location}"`"

    image-20200608093024179

    编译完成后会有如下提示,并显示编译后内核的存储路径。

    image-20200608003409578

  4. 运行 QEMU

    如下所示,输入 QEMU 启动命令,成功启动 QEMU,注意需指定 bzImage路径,并注意使用当前命令与 bzImage 路径的关系。

    qemu-system-arm -M vexpress-a9 -m 256M -kernel arch/arm/boot/zImage -append "rdinit=/linuxrc console=ttyAMA0 loglevel=8" -dtb arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb -nographic  

    以上命令中参数含义如下;
    -M:指定硬件芯片框架
    -m:指定运行内存大小
    -kernel:指定运行的内核镜像
    -dtb:指定具体芯片的配置信息
    -nographic:指定不使用图形界面

  5. 完成

    如下图可以看到,成功运行了我们刚刚编译的新内核

    image-20200608004409477


文章作者: czqu
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