【Linux从入门到精通】第41篇：Linux内核编译初体验——裁剪属于你自己的内核

目录一、引言为什么要自己编译内核二、内核源码获取与准备2.1 内核版本命名规则2.2 下载内核源码2.3 安装编译依赖三、配置内核make menuconfig3.1 三种配置界面3.2 以当前配置为起点3.3 进入配置菜单3.4 精简内核的核心思路3.5 配置速查四、编译与安装4.1 编译内核4.2 安装模块4.3 安装内核五、Grub引导配置5.1 确认新内核已添加到启动菜单5.2 暴露启动菜单Ubuntu默认隐藏5.3 双内核启动策略保底方案六、安全须知与回滚6.1 不要删除正在运行的内核6.2 启动失败的处理6.3 内存和磁盘要求七、本篇小结动手练习八、下篇预告​​​​​​​一、引言为什么要自己编译内核对于95%的Linux用户来说发行版提供的内核已经足够好。但在某些场景下自己编译内核是有实际价值的精简与性能通用内核为了支持从嵌入式设备到超级计算机的所有硬件包含了数千个驱动模块。裁剪掉你不需要的部分内核体积更小、启动更快、内存占用更低学习与研究编译内核是理解Linux底层机制的入口——你会接触到进程调度器、内存管理、文件系统驱动、网络协议栈等底层子系统特定需求启用发行版默认关闭的内核特性如实时内核抢占、特定的安全模块或者你的硬件需要最新的驱动支持⚠️重要提醒本文的练习必须在虚拟机中进行。在物理机或生产服务器上编译内核一旦配置出错可能导致系统无法启动。先创建虚拟机快照再动手操作。二、内核源码获取与准备2.1 内核版本命名规则Linux内核的版本号经历了两次命名规则变化bashuname -r # 查看当前内核版本2.6时代2003-20112.6.x.y——2.6.32.45中32是主线版本45是bug修复号。3.x/4.x/5.x时代2011-2024当2.6的bug修复号积累到一定程度2.6.39Linus决定简化版本号跳到3.0。之后大版本号每隔2-3年升级一次。6.x时代2024至今版本号彻底变成“无特殊含义”的数字纯粹是序号。6.x只是5.x之后的自然延续。内核官网kernel.org提供以下几种版本类型版本类型标识说明主线版mainline最新版本号Linus Torvalds亲自维护的开发主线稳定版stable版本号主线稳定后转入的维护分支长期支持版longterm标注LTS支持长达6年生产环境使用也是我们的选择建议选择最新的longtermLTS版本。LTS版持续接收安全更新和关键bug修复比最新的主线版本更稳定。2.2 下载内核源码bash# 通过wget下载最新LTS源码以6.12.13为例请到kernel.org确认最新LTS版本 wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.12.13.tar.xz # 解压 tar -xf linux-6.12.13.tar.xz cd linux-6.12.13/源码体积约1.5GB解压后确保至少有10GB可用空间编译还会产生大量临时文件。2.3 安装编译依赖bashsudo apt update sudo apt install -y \ build-essential \ flex bison \ libssl-dev \ libelf-dev \ libncurses-dev \ dwarves \ bc各依赖的作用build-essentialgcc、make等编译工具链flex、bison词法分析和语法分析工具libssl-dev内核模块签名libelf-devELF格式支持内核模块和vmlinuxlibncurses-devmake menuconfig的图形菜单界面dwarves生成BTFBPF Type Format调试信息现代内核必需的依赖bc数学计算工具三、配置内核make menuconfig3.1 三种配置界面命令界面类型适用场景make menuconfig终端菜单ncurses推荐终端下直观易用make config逐行问答极端情况体验较差make xconfigQt图形界面桌面环境下使用3.2 以当前配置为起点bash# 复制当前系统的内核配置作为起点免去从零开始的繁琐 cp /boot/config-$(uname -r) .config # 更新配置以适配新内核版本自动处理新增/废弃的选项 make olddefconfigmake olddefconfig的作用以.config为基础对于新内核中增加的配置项自动选择默认值对于已废弃的选项自动忽略。这样可以省去手动回答大量新增选项的麻烦。3.3 进入配置菜单bashmake menuconfig界面操作方向键移动光标空格切换选项状态*编译进内核M编译为可加载模块空不编译?查看选项帮助/搜索配置项Tab/Enter切换和进入菜单Esc返回上层或退出3.4 精简内核的核心思路通用内核约80%的驱动和模块是多余的。按以下思路精简确认你自己的硬件bash# CPU型号 cat /proc/cpuinfo | grep model name | head -1 # 网卡型号 lspci | grep -i ethernet # 或 lspci | grep -i net # 磁盘控制器 lspci | grep -i sata lspci | grep -i nvme # USB控制器 lspci | grep -i usb # 文件系统使用情况 df -Th在menuconfig中按硬件筛选Processor type and features→ 选择你的CPU系列如Intel/AMD关闭不相关的微码更新关闭无关的CPU特性Device Drivers→ 这是最大的精简空间。lspci列出的硬件才编译其他的都可以关掉File systems→ 只选你实际使用的通常是ext4和xfs关掉reiserfs、jfs、几十种文件系统Networking support→ 网卡驱动只保留你的型号其余全关Kernel hacking→ 生产环境全部关闭调试选项会拖慢性能3.5 配置速查如果不想深入每个菜单在做完上述针对性精简后还有一个原则确保硬盘控制器驱动编译进内核*而非M否则内核启动时无法加载根文件系统而直接panic。可以先用虚拟机快照备份然后大胆尝试——实践中踩过的坑往往印象最深。四、编译与安装4.1 编译内核bash# -j$(nproc) 使用所有CPU核心并行编译 make -j$(nproc)这个过程通常需要30分钟到2小时取决于你的CPU性能和精简程度。4.2 安装模块bashsudo make modules_install这一步将编译好的内核模块安装到/lib/modules/内核版本/目录下。4.3 安装内核bashsudo make install这一步执行三件事将内核镜像bzImage复制到/boot/生成initramfs初始RAM文件系统自动更新Grub引导菜单添加新内核条目五、Grub引导配置5.1 确认新内核已添加到启动菜单bash# 查看Grub配置文件中的内核条目 grep -E ^menuentry|submenu /boot/grub/grub.cfg | grep -v recovery你应该能看到新旧两个内核的条目。默认启动的是排在最前面的通常是新安装的内核。5.2 暴露启动菜单Ubuntu默认隐藏很多发行版默认隐藏Grub菜单直接启动。修改配置让菜单显示出来以便手动选择内核bashsudo vim /etc/default/grub修改以下几行iniGRUB_TIMEOUT_STYLEmenu # 显示菜单不是hidden GRUB_TIMEOUT5 # 菜单等待5秒 # GRUB_HIDDEN_TIMEOUT0 # 注释掉这一行更新Grub使配置生效bashsudo update-grub # Ubuntu/Debian sudo grub2-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg # CentOS/RHEL5.3 双内核启动策略保底方案Grub自动帮我们保留了旧内核——新内核启动失败时重启后在Grub菜单中选择旧内核即可正常进入系统。这就是内核编译的“安全气囊”。六、安全须知与回滚6.1 不要删除正在运行的内核bash# 千万不要在运行着新内核时删除旧内核 # 如果新内核出现问题旧内核是你的救生圈。确认新内核稳定运行一周后再考虑清理6.2 启动失败的处理如果重启后新内核启动失败看到Grub菜单时选择“Advanced options for Ubuntu”选择旧的、能正常工作的内核版本启动进入系统后可以将有问题的内核卸载bashdpkg --list | grep linux-image # 找到有问题的内核包 sudo apt remove --purge linux-image-问题版本6.3 内存和磁盘要求内存编译消耗约2-3GB剩余内存在4GB以上磁盘预留10GB用于编译和安装时间首次编译大约2小时虚拟机上更慢使用-j$(nproc)充分利用多核七、本篇小结内核编译流程text下载源码 → 安装依赖 → 复制当前配置 → make olddefconfig → make menuconfig → make -j$(nproc) → sudo make modules_install → sudo make install → 修改Grub显示菜单 → 重启验证三条安全法则虚拟机快照这是最安全的实验环境搞崩了秒回滚保留旧内核Grub自动保留新内核启动失败时它就是救生圈理解再动手不要为了“精简数字”盲目关闭不了解的选项动手练习bash# 1. 查看当前内核版本和配置文件 uname -r ls -lh /boot/config-$(uname -r) # 2. 查看当前内核的模块数量感受通用内核的臃肿 ls /lib/modules/$(uname -r)/kernel/ | wc -l # 3. 在虚拟机中走一遍完整流程核心练习 wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.12.13.tar.xz tar -xf linux-6.12.13.tar.xz cd linux-6.12.13 cp /boot/config-$(uname -r) .config make olddefconfig make menuconfig # 探索一下菜单结构不一定要改什么 # CtrlC 退出即可如果不想真的编译八、下篇预告内核编译让你看到了操作系统的“零件清单”。但你知道Linux是如何管理内存的吗free -h看到的buff/cache到底是什么为什么系统有时候会杀掉你的程序OOM Killer下一篇我们将深入Linux内存管理的核心机制——物理内存与虚拟内存的区别、Buffer与Cache的不同角色、Swap分区的真正作用。理解这些你才能真正看懂free、vmstat的输出在内存问题排查时做到心中有数。延伸思考你刚刚编译的内核配置中有数千个选项被设置为m编译为模块。模块的优点是按需加载、节省初始内存但被编译为模块加载需要额外时间。哪些驱动必须编译进内核*答案是启动过程中访问根文件系统所必需的驱动——磁盘控制器驱动和根文件系统驱动。如果它们被编译为模块内核就需要“从磁盘加载磁盘驱动模块”这形成了一个死循环。这也是initramfs存在的原因之一第14篇已介绍过。