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第二章 从内核出发
2.1 获取内核源码
登录Linux内核官方网站https://kernel.org/pub/linux/kernel获取。
内核源码树由很多目录组成：
| 目录 | 描述 |
|---|---|
| arch | 特定体系结构的源码 |
| block | 块设备I/O层 |
| crypto | 加密api |
| Documentation | 内核源码文档 |
| drivers | 设备驱动程序 |
| firmware | 使用某些驱动程序而需要的设备固件 |
| fs | VFS和各种文件系统 |
| include | 内核头文件 |
| init | 内核引导和初始化 |
| ipc | 进程间通信代码 |
| kernel | 像调度程序这样的核心子系统 |
| lib | 通用内核函数 |
| mm | 内存管理子系统和VM |
| net | 网络子系统 |
| samples | 示例，示范代码 |
| scripts | 编译内核所用的脚本 |
| security | Linux安全模块 |
| sound | 语音子系统 |
| usr | 早期用户空间代码 |
| tools | 在Linux开发中有用的工具 |
| virt | 虚拟化基础结构 |
2.2 安装内核源码
内核源码一般安装在/usr/src/linux目录下。但请注意，不要把这个源码树用于开发，也不要以root身份对内核进行修改，而应当建立自己的目录，仅以root身份安装新内核。即使在安装内核时，/usr/src/linux目录都应当原封不动。
2.2.1 配置内核
因为Linux源码随手可得，那就意味着在编译它之前可以配置和定制。可以配置的各种选项，以CONFIG_FEATURE形式表示，其前缀为CONFIG。配置选项即可以用来决定哪些文件编译进内核，也可以通过预处理命令处理代码。
这些配置项要么是二选一要么是三选一，二选一就是yes或no。三选一就是yes、no或module。module意味着该配置项被选定了，但编译的时候这部分功能的实现代码是以模块的形式生成。在三选一的情况下，显然yes选项表示把代码编译进主内核映像中，而不是作为一个模块。驱动程序一般都用三选一的配置项。
配置选项也可以是字符串或整数，这些选项并不控制编译过程，而只是指定内核源码可以访问的值，一般以预处理宏的形式表示。
内核的图形界面配置命令:
$make menuconfig
或
$make gconfig
也可以使用默认配置：
$make defconfig
这些配置项会被存放在内核代码树根目录下的 .config 文件中。可以直接找到并修改它，在你修改过配置文件过后，或者在用已有的配置文件配置新的代码树的时候，你应该执行以下命令来应用和更新配置。
$make oldconfig
2.2.3 编译内核
一旦内核配置好了，就可以使用一个简单的命令来编译它了。
$make
默认情况下，make只衍生一个作业。但make程序可以把编译过程拆分成多个并行的作业。其中的每个作业独立并发的运行，这有助于极大的提高处理器系统上的编译过程，也有利于改善处理器的利用率。为了以多个作业编译内核，使用以下命令：
$make -jn #这里n是要衍生出来的作业数
2.2.4 安装新内核
在内核编译好后，你还需要安装它。怎么安装就和体系结构以及启动引导工具息息相关，查阅启动引导工具说明，按照它的指导将内核映像拷贝到合适位置，并按照启动要求安装它。
所幸，模块的安装是自动的，也是独立于体系结构的。以root身份运行：
#make modules_install
就可以把所有已编译的模块安装到正确的主目录 /lib/modules下。
模块（Module）机制：用户可以根据需要，在不需要对内核重新编译的情况下，可以将模块动态地载入或移出内核。
模块是具有独立功能的程序，它可以被单独编译，但不能独立运行，它在运行时被链接到内核，作为内核的一部分在内核空间运行。
模块通常由一组函数和数据结构组成，用来实现一种文件系统，一个驱动程序或其他内核上层的功能。
内核模块是Linux 内核向外提供的一个插口，其全称为动态可加载内核模块（Loader Kernel Module , LKM），简称为模块。
编译时也会在内核代码树的根目录下创建一个System.map文件。这是一份符号对照表，用以将内核符号和他们的起始地址对应起来。调试的时候，如果需要把内存地址翻译成容易理解的函数名以及变量名，这就会很有用。
2.3 内核开发的特点
- 内核编程时既不能访问C库也不能访问标准的C头文件；
- 内核编程时必须使用GUN C；
- 内核编程时缺乏像用户空间那样的内存保护机制；
- 内核编程时难以执行浮点运算；
- 内核给每个进程只有一个很小的定长堆栈；
- 由于内核支持异步中断，抢占和smp，因此必须时刻注意同步和并发；
- 要考虑可移植性的重要性。
2.4 实例：
2.4.1 在Ubuntu 16.04安装linux-5.8.5内核
在官网下载内核源码压缩文件 linux-5.8.5.tar.gz，拷贝至Dowloads目录中，使用sudo tar zxvf linux-5.8.5.tar.gz -C /usr/src/解压，解压完成。
cd 进该目录，然后切换成管理员运行make menuconfig，报错：
先运行apt install libncurses5-dev ，再运行make menuconfig，报错：
运行apt install flex，再运行make menuconfig，报错：
运行apt install bison，再运行make menuconfig，成功：
这里使用默认配置，直接退出。然后运行make -j8，出现错误：
解决办法：apt install libssl-dev，然后再运行make -j8指令，开始漫长的等待。
编译完成，结果如下：
如何查看内核是否编译成功
进入内核源码目录/usr/src/linux-5.8.5/arch/x86/boot/，查看是否有bzImage文件
内核编译成功后就是开始编译内核模块：
命令：make modules编译，然后执行make modules_install进行内核模块的安装，结果如下：
可以进入/lib/modules目录下查看模块安装是否成功：
开始安装内核，执行make install，执行完结果如下：
重新启动系统，系统会默认从刚刚安装的新内核启动：
2.4.2 通过grub选择启动的内核版本
如果想开机进入grub界面，动态选择启动的内核版本，可以进行如下操作：
-
在终端输入sudo gedit /etc/default/grub 打开配置文件。
-
把grub_hidden_timeout=0给删除或者注释掉，把grub_cmdline_linux_default修改为text。
-
修改完成后我们 sudo update-grub重新更新grub配置。
-
重新启动，即可进入grub界面，选择进入advanced options for ubuntu即可选择内核版本启动。
2.4.3 如何卸载自己编译安装的内核
- 手动删除所有安装的内核文件
sudo rm -rf /lib/modules/5.8.5
sudo rm -rf /usr/src/linux-5.8.5
sudo rm -rf /boot/*5.8.5*
sudo rm -rf /var/lib/initramfs-tools/5.8.5
- 更新grub
sudo update-grub
你也可以找它们在哪，以确定内核文件是否删除完全。用下面的命令：
locate 5.8.5