Linux内核编译流程

删除之前编译生成的文件和配置文件

make mrproper

生成.config文件

make menuconfig

编译

make -j4

1. No rule to make target ‘debian/canonical-certs.pem‘, needed by ‘certs/x509_certificate_list‘

vim .config
修改CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS为""
修改CONFIG_SYSTEM_REVOCATION_KEYS为""

2.BTF: .tmp_vmlinux.btf: pahole (pahole) is not available Failed to generate BTF for vmlinux

sudo apt install linux-tools-common
编辑.config文件,将CONFIG_DEBUG_INFO_BTF设置为n

后续

root@100ask:/home/book/Downloads/linux-5.19/arch/x86/boot# file bzImage
bzImage: Linux kernel x86 boot executable bzImage, version 5.19.0 (root@100ask) #2 SMP PREEMPT_DYNAMIC Wed Aug 2 09:35:26 EDT 2023, RO-rootFS, swap_dev 0xA, Normal VGA

• 编译busybox

make menuconfig
勾选 Build static binary 生成静态链接的busybox二进制文件再make -j4进行编译

• 安装

make install
会安装在当前busybox目录的_install目录下

• 制作initramfs.img
  写如下Makefile文件：

  initramfs:cd ./initramfs_dir && find . -print0 | cpio -ov --null --format=newc | gzip -9 > ../initramfs.imgrun:qemu-system-x86_64 \-kernel bzImage \-initrd initramfs.img \-m 512M \-nographic \-append "earlyprintk=serial,ttyS0 console=ttyS0"
  

在启动Linux时,会执行以下步骤:
1.引导加载器加载内核映像(这里是bzImage)
2.内核加载并挂载根文件系统启动init进程
3.init进程使用根文件系统下的/init脚本来继续启动系统

root@100ask:/home/book/linux-demo#下
执行make initramfs即可生成根文件系统的映像文件initramfs.img
执行make run就会启动qemu虚拟机

• /init脚本

  #!/bin/busybox sh/bin/busybox mkdir -p /proc && /bin/busybox mount -t proc none /proc
  /bin/busybox echo "Hello"/bin/busybox sh
  

• 文件结构
  ├── bzImage
  ├── initramfs_dir
  │ ├── bin
  │ │ └── busybox
  │ └── init
  ├── initramfs.img
  └── Makefile

• 使用

  root@100ask:/home/book/Downloads/busybox-1.36.1/_install/bin# busybox echo 123
  123
  

• 退出：ctrl+a,then press x

• 将内核中的proc文件系统挂载到/proc文件夹,这样就可以通过访问/proc下的文件和目录,获取到与内核和系统相关的信息

• 显示进程
  init中加入下面这行：

  /bin/busybox mkdir -p /proc && /bin/busybox mount -t proc none /proc
  

  这样执行busybox ps就可以显示进程了

• 修改shell提示符

  加一行 export $PS1='(kernel) =>'
  

文件系统

文件系统常用格式：ext2、yaffs2
内存文件系统：ramdisk：用内存模拟块设备，并格式化为文件系统格式ramfs：利用linux会把块设备的数据缓存到内存中的机制实现，不会将数据写回到存储设备tmpfs：tmpfs是ramfs的衍生物，有容量大小限制、允许向交换空间(swap) 写入数据
内核早期启动的临时根文件系统：initramfs：
linux最终使用的完整的文件系统：rootfs：是ramfs和tmpfs的一个实现，包含系统所有基本文件和目录,是完整的Linux文件系统

内核在启动初始化过程中会解压缩initrd文件，然后将解压后的initrd挂载为根目录，然后执行根目录中的/init脚本，您就可以在这个脚本中运行initrd文件系统中的内核模块自动加载机制udevd，让它来自动加载realfs（真实文件系统）存放设备的驱动程序，以及在/dev目录下建立必要的设备节点。在udevd自动加载磁盘驱动程序之后，就可以mount真正的根目录，并切换到这个根目录中来。
详细描述

initfd和initramfs

• initrd：有image格式和cpio格式。基于ramdisk的小型根目录，包含启动阶段中需要的文件和脚本，会在系统启动时被读入到内存，执行其中的/init脚本。
  为了精简内核代码，将加载各种设备驱动和模块的代码写在init脚本中，放在大小固定大小的块设备上，放在用户态来做。
  由于其基于块设备，因此需要内核有文件系统驱动
• initramfs：本质上是cpio格式的initrd

initramfs是initrd的继承者，都用来做一些内核不容易做的事情，比如挂载文件系统、加载模块等

怎样在linux中添加一个系统调用

下面以获得cpu个数为例：

• 在arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl中注册系统调用号

  451 common get_cpu_number sys_get_cpu_number
  

• 在include/linux/syscalls.h中声明系统调用函数

  asmlinkage long sys_get_cpu_number(void);
  

• 在kernel/sys.c中实现系统调用函数

  SYSCALL_DEFINE0(get_cpu_number)
  {return num_present_cpus();
  }
  

• 然后重新编译linux内核(使用默认配置即可)
• 测试程序get_cpu.c：

  #include <sys/syscall.h>int main()
  {int cpu_numbers= syscall(451);return 0;
  }
  

  结构和之前的linux-demo类似，只是bzImage是重新编译内核生成的
  ├── get_cpu.c 测试程序
  ├── bzImage 编译内核生成的镜像
  ├── initramfs_dir 目录
  │ ├── bin 目录
  │ │ └── busybox 编译busybox生成的可执行文件
  │ └── get_cpu 可执行文件
  │ └── init 脚本文件
  ├── initramfs.img 执行Makefile下的make initramfs会生成该镜像文件
  └── Makefile 也和linux-demo中写的一样
  执行gcc -static get_cpu.c -o get_cpu生成静态可执行文件，所有的依赖库都会被静态链接到可执行文件中，从而使可执行文件在其他系统上运行时不需要依赖动态库

qemu的按键驱动程序

• 编译内核
  我的linux内核目录为~/100ask_imx6ull-qemu/linux-4.9.88

  • 设置环境变量

    export ARCH=arm
    export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
    

  • 生成.config文件 make menuconfig

    为避免后期报错：button_drv: version magic '4.9.88-g8f6c88de SMP mod_unload modversions ARMv7 p2v8 ’ should be '4.9.88-g8f6c88de SMP preempt mod_unload modversions ARMv7 p2v8 '，要做如下设置

    编译内核时使用抢占式模型，需要设置Kernel Features -> Preemption Model为Preemptible Kernel (Low-Latency Desktop)

  • make -j4

  • 修改内核源码的version magic
    为避免加载的驱动所使用的内核版本和系统运行的版本不一致，导致后期报错：Unknown symbol __gnu_mcount_nc
    打开内核include/generated/utsrelease.h文件，修改version magic为开发板的版本。
    #define UTS_RELEASE "4.9.88-g8f6c88de"

• 编译按键驱动程序

  • 在Makefile中指定内核路径KERN_DIR

    KERN_DIR = /home/book/100ask_imx6ull-qemu/linux-4.9.88
    all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules$(CROSS_COMPILE)gcc -o button_test button_test.c
    clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.orderrm -f ledtest
    obj-m   += button_drv.o
    obj-m   += board_100ask_imx6ull-qemu.o
    

  • make编译，然后将ko文件和程序复制到nfs文件夹
    cp *.ko button_test /home/book/nfs_rootfs/

• 启动qemu，挂载nfs
  mount -t nfs -o nolock,vers=3 10.0.2.2:/home/book/nfs_rootfs /mnt

• 安装模块
  insmod button_drv.ko
insmod board_100ask_imx6ull-qemu.ko

• 查看内核日志
  dmesg | grep hello