Linux內(nèi)核學(xué)習(xí)的環(huán)境搭建和內(nèi)核編譯

一、linux內(nèi)核學(xué)習(xí)之一：環(huán)境搭建--安裝Debian7.3

本系列文章假設(shè)讀者已對linux有一定的了解，其實學(xué)習(xí)linux內(nèi)核不需要有很深的關(guān)于linux的知識，只需要了解以下內(nèi)容：linux基礎(chǔ)知識及基本shell命令；現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本概念；C語言和gcc基本使用。

在開始我們的linux內(nèi)核學(xué)習(xí)之前。首先需要搭建我們的工作學(xué)習(xí)環(huán)境，即安裝linux系統(tǒng)。關(guān)于linux系統(tǒng)構(gòu)建本身的學(xué)問已經(jīng)復(fù)雜到可以成為一個獨立的學(xué)科了，畢竟這不是我們學(xué)習(xí)的內(nèi)容，所以我選擇最簡單的方法：選擇一個linux發(fā)行版進行安裝。

1、選擇linux發(fā)行版

即使使用最簡單的構(gòu)建工作環(huán)境的方法，也耗費了我許多時間。

"選擇"之所以這樣困難，正是因為可供選擇的太多了！

linux發(fā)行版有成百上千種，每個發(fā)行版都有不同的特點，確實讓人難于取舍。我先后試裝過Gentoo,Arch,debian,fedora。發(fā)行版的選擇見仁見智，我不敢說哪個發(fā)行版好，哪個不好，每個發(fā)行版都有它的擁躉。這里 建議在選擇時考慮幾個問題：設(shè)計哲學(xué)，社區(qū)支持和包管理器。

實際上，選擇哪種發(fā)行版都關(guān)系不大，發(fā)行版之間的差別基本上都是外圍組件，對linux的內(nèi)核的修改都不會很多。

況且我們在學(xué)習(xí)linux內(nèi)核，或者開發(fā)linux驅(qū)動時，一般都是以官方內(nèi)核(即Linus維護的主線內(nèi)核）為基準．所以我們搭建好環(huán)境后幾乎都是要選擇一個版本的官方內(nèi)核來重新編繹以備用的。

現(xiàn)階段有時間可以多試試不同的發(fā)行版，選擇自己最喜歡，用起來最順手的，一旦選擇好了，就不要再改了，一直堅持用它，把它用得滾瓜爛熟．人們會關(guān)注你在linux環(huán)境中是否得心應(yīng)手，一般不會關(guān)心你懂得用多少種linux發(fā)行版。

經(jīng)過反復(fù)的試用，比較，我最終選擇了Debian，吸引我的是它的崇尚自由的設(shè)計哲學(xué)；強大的社區(qū)支持；數(shù)量龐大的軟件包. 相對而言debian還是比較保守的，我用的當(dāng)前的最新穩(wěn)定版Debian7.3，在2013年12月發(fā)布，它使用的內(nèi)核還是3.2的(現(xiàn)在官方最新的穩(wěn)定版內(nèi)核為3.12.8)，不過它配套的工具如GCC,make等，即使用來編繹最新版的內(nèi)核也已經(jīng)夠用了。

2 、選擇主機環(huán)境

網(wǎng)上很多有經(jīng)驗的linux專家級人物都建議直接在自己的工作機或家庭機上安裝linux系統(tǒng)，所有日常工作，生活都在linux系統(tǒng)里完成。

不過對于大多數(shù)人來說，這太不現(xiàn)實了了。作為桌面系統(tǒng)，當(dāng)對于windows而言，linux還是有許多不方便的，即使是最近幾年非常火的ubuntu，號稱可以替換windows的發(fā)行版，在日常使用的軟件方面，還是有不小的差距；

再者，我們在工作中常常還是需要開發(fā)windows程序，而家里更不合適了，家里人基本上都用慣了windows，總不能強迫他們?nèi)ビ貌欢膌inux系統(tǒng)吧。因此，windows+vmware作為主機環(huán)境對于許多人來說，還是第一選擇。

另外還需要一臺真實電腦上安裝linux系統(tǒng)，因為在vmware里的客戶系統(tǒng)無法訪問主機中一些硬件，如pci設(shè)備等，當(dāng)開發(fā)這些設(shè)備的驅(qū)動時必須在真實機器上調(diào)試。

我使用的主機環(huán)境有兩個：windows 7+vmware10.0.1環(huán)境中安裝debian以及x86-64位機器上的windows 7+debian雙系統(tǒng)。

3 安裝準備

安裝準備工作的第一步當(dāng)然是下載安裝鏡像了。Debian的下載地址：www.debian.org/CD/http-ftp。

因為在公司限制上網(wǎng)，另外也不喜歡老是在線安裝軟件，就直接下載了一個用于amd64平臺的DVD安裝鏡像．有3G多，常用的軟件都有了，需要時直接從DVD里安裝就行了，一勞永逸。

3.1 vmware
首先使用vmware創(chuàng)建vmware虛擬機，創(chuàng)建時候，"Guest operation system"選擇"Debian 7 64位"這一項。

內(nèi)核分配512M即可，硬盤20G足夠了。vmware虛擬機可以直接將iso文件作為客戶機的光盤使用，因此安裝起來非常方便。

只需要在虛擬設(shè)置中的DVD光驅(qū)的連接選項設(shè)置為"使用ISO映象文件"，并指定DVD安裝ISO鏡像的路徑即可(后面為了簡潔起見，將這一操作稱為"ISO鏡像加入虛擬機")，接下來開機即可用光盤引導(dǎo)（如果虛擬機磁盤已安裝有系統(tǒng)，則需要在虛擬機的BIOS里設(shè)置光盤啟動，這跟普通電腦設(shè)置方法是相同的）。

3.2 x86-64機器

在真實的機器上，使用U盤安裝更加方便。我們將在已裝windwos7的x86-64機器上用U盤安裝，確保你的電腦能用U盤啟動，如果不行只能選擇燒寫ISO到DVD光盤中用光盤安盤了。其次要確保硬盤有足夠的空間，如果沒有的話，可以調(diào)整windows使用的磁盤空間大小（如果不懂設(shè)置方法，可以自己百度一下），我的硬盤預(yù)留了20G的空間。

接下來制作U盤安裝盤，這里需要用到Universal-USB-Installer工具(我用的是1.9.5.1版本)。步驟如下：

在windows系統(tǒng)下插入U盤；打開Universal-USB-Installer程序；

在step1中選擇"try unlisted linux ISO"；

step2中選擇DVD安裝ISO的路徑；step3選擇要安裝的U盤（推薦勾選"Format"）；

開始寫入U盤，經(jīng)過幾十分鐘的等待，U盤安裝完畢，可以使用該U盤啟動了。

(用U盤啟動的方法與主板的類型相關(guān)，可在網(wǎng)上搜索相關(guān)的內(nèi)容)

4 安裝系統(tǒng)

為了使用方便，兩個系統(tǒng)將采用相同的安裝配置，另外我只安裝基本的shell環(huán)境和必要的工具軟件。

使用GUI模式雖然美觀，看起來爽，但是對我們這些硬件資源貧乏的窮人來說，運行GUI就是種浪費；其次，與windows不同，linux的X Window完全運行在用戶態(tài)，與內(nèi)核關(guān)系不大；再者，在漂亮的桌面環(huán)境上放一個終端窗口，總覺得很怪異。

我覺得內(nèi)核和驅(qū)動開發(fā)者都應(yīng)該用shell環(huán)境，只在需要進行UI相關(guān)的測試或編寫UI程序時才使用GUI環(huán)境。

言歸正傳，繼續(xù)進行我們的系統(tǒng)安裝吧。經(jīng)過上面的步驟，不管是vmware還是x86-64機器，debian安裝界面總算是出現(xiàn)了。

選擇"advanced option"-->"expert install"進入專家安裝模式(現(xiàn)在專家那么多，咱也來冒充一回吧?。?。彈出了一列選項，其實里面有很多選項都沒必要使用的，大部分都可以在系統(tǒng)安裝完成后進行設(shè)置。

選項列表的前面是安裝語言和鍵盤設(shè)置，這些可以跳過，就用默認的English就行了，反正在文本模式下也顯示不了中文。首先要執(zhí)行的是" Load installer components from cd"，這一步會加載ISO(或U盤)中的安裝組件，全部選擇默認則可。

加載完后，安裝選項又多了不少。下一步可以"setup user and passwords"，在配置選擇中，最好選擇“不使用root帳號”，root帳戶權(quán)限太大，現(xiàn)在的linux界普遍認為不用為妙，可以使用sudo工具執(zhí)行特權(quán)操作，創(chuàng)建自己的用戶名和密碼，按提示操作即可。

接著就要配置磁盤分區(qū)了，首先要"detect disks"，讓安裝程序先檢測磁盤，然后進行"partition disks"，怕安裝程序弄壞我的磁盤，我喜歡選擇了"Manual"模式。懶得去設(shè)計分區(qū)，將剩余空間全部劃成了一個"/"分區(qū)，分區(qū)的屬性分別是："ext4"類型，"primary","bootable"選項。完成分成，忽略關(guān)于沒有交換分區(qū)的警告，寫入磁盤就完了。

現(xiàn)在可以開始"install the base system"。安裝過程中有個提示，問你要選擇哪個內(nèi)核，我選了"linux-image-3.2.0-4-amd64"，沒去研究供選擇的兩個內(nèi)核有何不同；接下來又提示initrd的選擇，為了節(jié)省空間，選擇了"targeted:only ....."。

接下來可以"configure the package manager"，因為我不想讓系統(tǒng)連網(wǎng)，所以就在"use a network mirror"選擇了"no"，另外其他的"service"也全部不選，當(dāng)然這些選項都可以在系統(tǒng)安裝好以后進行修改。

最后選擇安裝軟件："select and install software"，在軟件列表中，我只選擇了安裝"standard system utilities"，其他全部不裝。

到這里，實質(zhì)上的系統(tǒng)已經(jīng)安裝完了，就差引導(dǎo)部分了。有g(shù)rub和lilo可選，我更喜歡grub，因此選擇："install the grub boot loader"。debian7.3用的是grub2，功能非常強大。

在安裝過程中g(shù)rub會自動檢測當(dāng)前磁盤中安裝的其他的系統(tǒng)，可以放心將grub安裝到MBR中，不必擔(dān)心你的windows會無法啟動。安裝完畢，選擇"finish the install"，重啟系統(tǒng)吧！

5 安裝開發(fā)工具

現(xiàn)在我們有了一個基本的debian系統(tǒng)，但是還沒有g(shù)cc等開發(fā)工具，無法進行日常工作，需要安裝這些工具。

5.1 設(shè)置安裝源

debian的包管理器非常完善，我們現(xiàn)在安裝軟件就用debian強大的apt-get命令。但是在使用前要先配置安裝源，以告訴apt-get命令去哪里找我們的軟件。

安裝軟件盡量都從下載的ISO安裝，既然下載了那么大的一個ISO鏡像，就別浪費了。debian可以設(shè)置幾種安裝源，如CD安裝源,網(wǎng)絡(luò)安裝源，本地安裝源。

5.1.1 設(shè)置CD安裝源

在vmware中，可以將ISO文件當(dāng)作光盤使用，實在是太方便了。因此，在vmware中我們設(shè)置以CD作為安裝源，實際上在安裝系統(tǒng)時，系統(tǒng)的包管理器就已經(jīng)把DVD安裝盤加入安裝源了，可以查看/etc/apt/sources.list文件。

如果沒有加入，或者想加入別的CD安裝源也非常簡單，只需執(zhí)行以下操作：

將ISO加入虛擬機

掛載光盤：sudo mount /dev/cdrom /media/cdrom

將光盤加入安裝源：sudo apt-cdrom add

打開/etc/apt/sources.list查看是否添加成功

更新軟件件表：sudo apt-get update

5.1.2 設(shè)置本地安裝源

在真實的x86-64機器上，系統(tǒng)無法把安裝U盤識別為光盤，不能將安裝U盤作為CD安裝源加入。

不過我們可以將ISO文件掛載到某個目錄，再將該目錄作為本地安裝源加入包管理器，步驟如下：

創(chuàng)建本地安裝源目錄：sudo mkdir /mnt/iso_1

掛載ISO文件到該目錄：sudo mount /.../debian-*.iso /mnt/iso_1

添加本地安裝源：打開/etc/apt/sources.list，添加一行，內(nèi)容為：deb file:///mnt/iso_1 wheezy main

更新軟件列表：sudo apt-get update

5.2 安裝開發(fā)工具

5.2.1 安裝VIM，執(zhí)行命令：sudo apt-get install vim

安裝系統(tǒng)時安裝的是精簡版的VIM：vim.tiny，功能不齊全，因此安裝完整的VIM，喜歡其他代碼編輯工具的網(wǎng)絡(luò)可以安裝其他工具。

VIM安裝完后進行配置，在/etc/vim/vimrc文件最后加上以下幾行（不包括括號內(nèi)容）：

set nobackup (打開時不創(chuàng)建備份文件)

set ts=4 (設(shè)置tab鍵寬度為4個字符寬)

set atuoindent (啟用自動縮進功能)

set cindent (啟用C語言縮進功能)

set shiftwidth=4 (縮進寬度為4個字符寬)

syntax on (打開語法高亮功能)

5.2.2 安裝開發(fā)工具包：sudo apt-get install build-essential

build-essential包含了常用的gcc,g++,make等開發(fā)工具．

5.2.3 安裝linux-headers：sudo apt-get install linux-headers-3.2.0-4-amd6

需要編繹系統(tǒng)自帶內(nèi)核相關(guān)的模塊時，必須安裝該內(nèi)核對應(yīng)的linux-headers，里面包含內(nèi)核配置信息，內(nèi)核頭文件等。

5.2.4 安裝ncurses-dev：sudo apt-get install libncurses5-dev

內(nèi)核配置腳本依賴于該工具，如果沒有安裝的話，配置內(nèi)核里會出錯。

5.2.5 安裝git：sudo apt-get install git

著名的流行的分布式版本管理工具，由Linus開發(fā)，官方內(nèi)核開發(fā)用的版本管理工具也是git。Linus的作品，不能不用?。?/p>

git需要先配置用戶名和email：

git config --global user.name "xxxxxx"

git config --global user.email "xxxxxx@xxx.com"

6 環(huán)境搭建完成

可以正式開始我們的linux內(nèi)核學(xué)習(xí)之旅了。

二、linux內(nèi)核學(xué)習(xí)之二：編譯內(nèi)核

環(huán)境搭好后，馬上就進入到下一環(huán)節(jié)--編譯內(nèi)核。linux的內(nèi)核是整個系統(tǒng)最核心的部分，內(nèi)核的功能基本上決定了系統(tǒng)的能力。

linux的內(nèi)核代碼使用的是GPL授權(quán)，允許自由下載，修改并重新發(fā)布內(nèi)核，只要求發(fā)布修改后的內(nèi)核的同時提供源代碼。

各種各樣的內(nèi)核版本眾多，幾乎所有的linux發(fā)行版都會對內(nèi)核進行或多或少的修改，debian也不例外。這些內(nèi)核都有個源頭，即Linus維護的官方內(nèi)核，其他的內(nèi)核幾乎都是建立在官方內(nèi)核的基礎(chǔ)上的。我們的內(nèi)核學(xué)習(xí)，也是以官方內(nèi)核為準。

linux官方內(nèi)核的網(wǎng)站是：www.kernel.org。從里面可以了解到內(nèi)核開發(fā)的最新動態(tài)，現(xiàn)在就把該網(wǎng)址加入收藏夾吧。

(另外有個網(wǎng)站:www.lwn.net里面有許多l(xiāng)inux大牛發(fā)表的觀點，也值得收藏）。

從linux內(nèi)核3.0開始，內(nèi)核版本命名采用的策略跟以前不一樣，命名格式為3.A.B，其中A為內(nèi)核的版本，B為補丁的版本。即3.A.B與3.A.C的內(nèi)核是相同的版本，具有相同的功能，如果C>B，只是說明3.A.C相比3.A.B修補了一些BUG而已。

進入內(nèi)核3.0時代后，內(nèi)核的開發(fā)工作發(fā)展迅速，版本更新得很快，第一個3.0版本是在2011年7月，而現(xiàn)在，最新的穩(wěn)定版已是3.12.8，而新的3.13版內(nèi)核開發(fā)工作也已接近尾聲，即將發(fā)布穩(wěn)定版了。("zh.wikipedia.org/wiki/linux"內(nèi)核"介紹了部分版本的特性）。

1 選擇內(nèi)核版本

首先我們需要從www.kernel.org選擇一個版本。實際上從2.6版本開始，內(nèi)核的架構(gòu)沒有特別大的變動，基本上是添加新的功能，添加新的驅(qū)動的支持，內(nèi)核接口有一些變動。

另外，除非不得已，不要再使用2.4及更低版本，因為2.6內(nèi)核的整個架構(gòu)經(jīng)過全面重新設(shè)計，效率更高，功能更完善，也更安全。

我覺得盡量選擇與發(fā)行版使用的內(nèi)核版本差不多的話會比較好點，內(nèi)核跟其他組件相對會配合得好些，不知是不是這樣。debian7.3使用的內(nèi)核是3.2的，而現(xiàn)在該內(nèi)核版本的最新版為3.2.54，使用相同內(nèi)核版本的帶有最新補丁的內(nèi)核重編譯并替換原來的內(nèi)核，可以最大程度上減少與系統(tǒng)其他部分的兼容性問題，這樣我們可以將主要精力集中在內(nèi)核的學(xué)習(xí)上。

下載得到的內(nèi)核名為linux-3.2.54.tar.xz。

下面將描述在上一課中搭建的“windows7+vmware10.0.1+debian7.3”的系統(tǒng)中編譯內(nèi)核linux-3.2.54的步驟，在真實機器上安裝的debian7.3系統(tǒng)上編譯的方法也是類似的。

2 安裝vmware-tools

內(nèi)核文件下載好后，需復(fù)制到vmware客戶系統(tǒng)(即debian系統(tǒng))。

最好的方法是使用vmware提供的文件共享功能，這個功能由vmware-tools軟件包提供，需要先安裝該軟件包。首先設(shè)置共享目錄，在VMware菜單欄上點擊"虛擬機"-->"設(shè)置"，打開設(shè)置頁面，點擊"選項"屬性頁，點擊"共享文件夾"，在右端選擇"總是啟用"，再點擊"添加"，按提示設(shè)置主機中用于共享的目錄路徑和共享名稱(我用的是workspace）。

啟動debian系統(tǒng)后，點擊菜單欄的"虛擬機"-->"安裝VMWare Tools"。稍等片刻后，虛擬機的CD光驅(qū)動應(yīng)該已經(jīng)有了vmware-tools的安裝盤。在debian系統(tǒng)按以下步驟進行：
掛載光盤：sudo mount /dev/cdrom /media/cdrom
復(fù)制安裝包: cp /media/cdrom/VM*.tar.gz ./
解壓安裝包：tar -xvf ./VM*.tar.gz
cd ./vmware-tools-distrib
安裝：sudo ./vmware-install.pl(安裝過程中所有選項都使用默認即可）

安裝完成了，檢查發(fā)現(xiàn)/mnt目錄下多了一項hgfs目錄，里面是主機共享目錄，即/mnt/hgfs/workspace。

3 準備新的內(nèi)核源代碼

將下載的內(nèi)核源代碼放在上一步中設(shè)置的主機共享目錄中，然后解壓到默認的內(nèi)核源代碼目錄：sudo tar -xvf /mnt/hgfs/workspace/linux-*.tar.gz -C /usr/src

/usr/src目錄下是專門存放內(nèi)核源代碼的。

放在其他目錄也可以編譯的，不過我們還是遵循通用的規(guī)則吧。

我們的debian系統(tǒng)是64位版本(正式名稱是x86_64），為了避免出現(xiàn)問題，我們的內(nèi)核也將編譯成x86_64版本，故修改下源代碼目錄名稱：sudo mv /usr/src/linux-3.2.54 /usr/src/linux-3.2.54.x86_64.同時把源代碼目錄下的Makefile文件內(nèi)容也改一下:
sudo vim /usr/src/linux-3.2.54.x86_64/Makefile
搜索字符串"EXTRAVERSION ="，在"="后面加上".x86_64"。

這樣，編譯出來的內(nèi)核鏡像，模塊目錄等都會自動加上".x86_64"后綴。

4 配置內(nèi)核

配置內(nèi)核就是告訴編譯器，源代碼中的哪些功能要編譯進內(nèi)核，哪些編譯成模塊，哪些不需要編譯。源碼中包含了幾千個選擇，因此配置內(nèi)核是個很復(fù)雜很吃力的工作，為了簡化這個工作，內(nèi)核開發(fā)者為各個平臺編寫了默認的簡單配置文件。以x86平臺為例，配置文件放在"arch/x86/configs"目錄下，可將這些配置文件作為配置工作的起點，選擇其中一個文件復(fù)制到源碼目錄下，并命令名為".config"(注意前面有個"."，它是隱藏文件），這是內(nèi)核編譯時使用的配置文件，也是內(nèi)核配置工具啟動時加載的文件，當(dāng)然內(nèi)核配置修改后的配置信息也保存在這個文件里。

由于VMWare的硬件與普通的硬件不同，用內(nèi)核開發(fā)者提供的配置文件編譯出來的內(nèi)核無法引導(dǎo)系統(tǒng)，我們先暫時忽略有關(guān)內(nèi)核配置的復(fù)雜細節(jié)，走條捷徑，以debian系統(tǒng)安裝時產(chǎn)生的配置文件作為我們配置內(nèi)核的起點。

既然debian能引導(dǎo)，用它編譯出來的內(nèi)核應(yīng)該不會有什么大問題，復(fù)制debian的配置文件到源代碼目錄，并配置：
sudo cp /boot/config-3.2.0-4-amd64 /usr/src/linux-3.2.54.x86_64/.config
cd /usr/src/linux-3.2.54.x86_64/
sudo make menuconfig

即使不修改內(nèi)核的配置還是需要執(zhí)行sudo make menuconfig，因為發(fā)行版的內(nèi)核可能經(jīng)過修改，使用的.config也可能會有差異，執(zhí)行一下sudo make menuconfig，它會重新分析.config文件，設(shè)置文件中描述的配置信息，退出后再保存成新內(nèi)核適用的.config文件(退出時，配置工具會詢問你是否保存修改，需要選擇"yes")。

5 編譯，安裝新內(nèi)核

內(nèi)核配置完成了，可以編譯內(nèi)核了，分別執(zhí)行以下命令，進行編譯并安裝內(nèi)核：

sudo makesudo make modules_installsudo make install

make命令根據(jù)配置信息進行編譯，包括模塊。debian系統(tǒng)默認加入了許多驅(qū)動模塊，整個編譯過程比較耗時，估計長達1.5~2個小時，在編譯時可能出現(xiàn)各種問題，需要根據(jù)錯誤提示進行修改。

本次編譯模塊時就提示“drivers/staging/rts5139”這個模塊編譯出錯，這是一個USB讀卡器的驅(qū)動，不是什么必需的驅(qū)動，直接在內(nèi)核配置中去掉該模塊吧。

因此，重新執(zhí)行sudo make menuconfig，找到該模塊：“Device Drivers”-->"Staging drivers"-->"Realtek RTS5139 USB card reader support"。去掉該模塊支持，退出保存，重新執(zhí)行sudo make。

make modules_install命令用于安裝可裝載模塊，這些模塊會自動安裝到/lib/modules/3.2.54.x86_64下。

make install命令執(zhí)行三個操作：復(fù)制內(nèi)核鏡像到/boot目錄下；生成initrd-img；更新grub。命令成功執(zhí)行成功后，新的內(nèi)核已可以使用，并且列在引導(dǎo)菜單中。

6 重啟系統(tǒng)

重啟系統(tǒng)，grub引導(dǎo)選項中多了我們新編譯的內(nèi)核選擇，選擇新內(nèi)核引導(dǎo)。進入系統(tǒng)后執(zhí)行命令uname -r 查看當(dāng)前的內(nèi)核版本，顯示為“3.2.54.x86_64”，確實是我們新編譯的內(nèi)核。

不過，在VMWare中重編譯內(nèi)核后，vmware-tools的文件共享功能不起作用了，這是因為vmware-tools中包含了內(nèi)核模塊，重編譯后，這些模塊不能再正常加載了。

只需執(zhí)行命令：sudo vmware-config-tools.pl（全部使用默認選項），重新配置vmware-tools即可讓共享功能正常使用。

任務(wù)完成，可以收工！

原文標題：Linux 內(nèi)核學(xué)習(xí)：環(huán)境搭建和內(nèi)核編譯

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