Linux内核编译与开发

Author: Zhuqing-SHU

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+## **1、Linux内核简介**
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+**linux kernel map：**
+
+![img](https://pic3.zhimg.com/80/v2-6bacced1d82334518e1b3ef705d840d2_720w.webp)
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+**linux 系统体系结构：**
+
+![img](https://pic1.zhimg.com/80/v2-7cc8b2e7574aed2dab109c6accdfa9a8_720w.webp)
+
+**linux kernel体系结构：**
+arm有7种工作模式，x86也实现了4个不同级别RING0-RING3,RING0级别最高，
+这样linux用户代码运行在RING3下，内核运行在RING0,这样系统本身就得到了
+充分的保护
+
+**用户空间(用户模式)转到内核空间(系统模式)方法：**
+·系统调用
+·硬件中断
+
+**linux kernel 体系结构：**
+
+![img](https://pic1.zhimg.com/80/v2-751fa81f9b734d40245468e86b84ce4c_720w.webp)
+
+**虚拟文件系统VFS:**
+VFS(虚拟文件系统)隐藏各种文件系统的具体细节，为文件操作提供统一的接口
+
+## **2、Linux内核源代码**
+
+linux内核下载***[http://www.kernel.org](https://link.zhihu.com/?target=http%3A//www.kernel.org)\***
+**目录结构:**
+解压linux kernel tar后目录
+·arch:根据cpu体系结构不同而分的代码
+·block:部分块设备驱动程序
+·crypto:加密，压缩，CRC校验算法
+·documentation:内核文档
+·drivers:设备驱动程序
+·fs(虚拟文件系统vfs):文件系统
+·include:内核所需的头文件，(与平台无关的头文件在include/linux中)
+·lib:库文件代码(与平台相关的)
+·mm:实现内存管理，与硬件体系结构无关的(与硬件体系结构相关的在arch中)
+·net:网络协议的代码
+·samples:一些内核编程的范例
+·scripts:配置内核的脚本
+·security:SElinux的模块
+·sound:音频设备的驱动程序
+·usr:cpio命令实现，用于制作根文件系统的命令(文件系统与内核放到一块的命令)
+·virt:内核虚拟机
+
+**linux DOC 编译生成:**
+
+linux源根目录/Documentation/00-INDEX:目录索引
+linux源根目录/Documentation/HOWTO:指南
+·生成linux内核帮助文档:在linux源根目录(Documentation) 执行make htmldocs
+
+ubuntu16下需要执行sudo apt-get install xmlto安装插件才可生成doc文档
+
+后面开发中经常要改的是arch，drivers中的代码
+
+## **3、Linux内核配置与编译**
+
+**清理文件(在linux源码根目录):**
+·make clean:只清理所有产生的文件
+·make mrproper:清理所有产生的文件与config配置文件
+·make distclean:清理所有产生的文件与config配置文件，并且编辑过的与补丁文件
+↓
+**配置(收集硬件信息如cpu型号，网卡等...):**
+·make config:基于文本模式的交互配置
+·make menuconfig:基于文本模式的菜单模式(推荐使用)
+·make oldconfig:使用已有的.config,但会询问新增的配置项
+·make xconfig:图形化的配置(需要安装图形化系统)
+**配置方法：**
+1)使用make menuconfig操作方法：
+1>按y:编译>连接>镜像文件
+2>按m:编译
+3>按n:什么都不做
+4>按"空格键":y,n轮换
+配置完并保存后会在linux源码根目录下生成一个.config文件
+注意：在ubuntu11上要执行apt-get install libncurses5-dev来安装支持包
+2)利用已有的配置文件模板(.config)
+1>linux源码根目录/arch/<cpu架构>/configs/<具体某一的CPU文件>，把里面对应的文件copy并改名为.config至linux源码根目录下
+2>利用当前运行已有的文件(要用ls /boot/ -a查看)把/boot/config-2.6.18-53.e15拷贝并改名为.config至linux源码根目录下执行以上操作就可以用make menuconfig在拷贝
+.config文件上面修改文件了
+↓
+**编译内核:**
+1)make zImage
+2)make bzImage
+区别:在X86平台上，zimage只能用于小于512k的内核
+获取详细编译信息：make zimage V=1 或 make bzimage V=1
+编译好的内核在：arch/<cpu>/boot/目录下
+注意：在把.config配置文件cp到根目录编译内核前，必须进入make menuconfig并保存退出(否则生不了效)
+↓
+**编译并安装模块:**
+
+1)编译内核模块:make modules
+2)安装内核模块:make modules_install INSTALL_MOD_PATH=/lib/modules
+更换本机器内核:将编译好的内核模块从内核源码目录copy至/lib/modules下
+制作init ramdisk():输入执行命令mkinitrd initrd-2.6.39(任意) 2.6.39(可通过查询/lib/modules下的目录得到)
+注意：
+mkinitrd命令为redhat里面的,ubuntu的命令为:mkinitramfs -k /lib/modules/模块安装位置 -o initrd-2.6.39(任意) 2.6.39(可通过查询/lib/modules下的目录得到)
+如果ubuntu里面没有mkinitramfs命令可以用apt-get install initrd-tools进行安装
+↓
+**安装内核模块:**
+1)手动
+1>cp linux根目录/arch/x86/boot/bzImage /boot/mylinux-2.6.39
+2>cp linux根目录/initrd-2.6.39 /boot/initrd-2.6.39
+最后修改/etc/grub.conf或/etc/lilo.conf文件
+2)自动
+1>make install:这个命令会自动完成上面的操作(查看当前内核版本：uname -r)
+\-----------------------------------------------------------------------------
+
+## **4、linux内核模块开发**
+
+描述：
+linux内核组件非常庞大，内核ximage并不包含某组件，而是在该组件需要被使用的时候，动态的添加到正在运行的内核中(也可以卸载)，这种机制叫做“内核模块”的机制。内核模块通常通过使用makefile文件对模块进行编译
+
+**模块安装与卸载:**
+1)加载：insmod hello.ko
+2)卸载：rmmod hello
+3)查看：lsmod
+4)加载(自动寻找模块依赖)：modprobe hello
+modprobe会根据文件/lib/modules/version/modules.dep来查看要加载的模块，看它是否还依赖于其他模块，如果是,会先找到这些模块，把它们先加载到内核
+
+**实例分析：**
+1)moduleDep/1(一个模块的编译)
+
+```text
+#include <linux/module.h>
+#include <linux/init.h>
+
+//模块入口函数
+//__init:表示代码段中的子段,里面的内容只运行一次并且回收内存.
+static int __init hello_init(void)
+{
+    printk(KERN_EMERG "hello world!\n");
+    return 0;
+}
+//模块卸载函数
+//__exit:
+static void __exit hello_exit(void)
+{
+    printk(KERN_EMERG "hello exit!\n");
+}
+//内核符号导出 函数
+int add_integar(int a,int b)
+{
+    return a+b;
+}
+int sub_integar(int a,int b)
+{
+    return a-b;
+}
+
+module_init(hello_init);
+module_exit(hello_exit);
+//函数导出
+EXPORT_SYMBOL(add_integar);
+EXPORT_SYMBOL(sub_integar);
+```
+
+makefile:
+
+```text
+#第一次执行KERNELRELEASE是空的,所以执行else里面的
+ifneq ($(KERNELRELEASE),)
+
+obj-m :=hello.o
+
+#else块
+else
+
+KDIR:= /lib/modules/2.6.18-53.el5/build
+
+all:
+#KDIR    依赖内核模块源代码路径(内核编译安装路径)
+#PWD     表示内核代码在哪(当前目录)
+#modules 编译的是模块
+    make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules 
+
+clean:
+    rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.order
+
+endif
+```
+
+2)moduleDep/2(两个模块的编译)
+
+```text
+#include <linux/module.h>
+#include <linux/init.h>
+//模块可选信息
+MODULE_LICENSE("GPL");//许可证声明
+MODULE_AUTHOR("liyuan");//作者声明
+MODULE_DESCRIPTION("This module is a param example.");//模块描述
+MODULE_VERSION("V1.0");//模块别名
+MODULE_ALIAS("a simple module");//模块别名
+
+//模块参数
+static char *name = "liyuan arg";
+static int age = 30;
+//S_IRUGO是参数权限，也可以用数字
+module_param(age,int,S_IRUGO);
+module_param(name,charp,S_IRUGO);
+
+
+//使用外部文件函数
+extern int add(int a,int b);
+
+
+//声明 外部内核符号 函数
+extern int add_integar(int a,int b);
+extern int sub_integar(int a,int b);
+
+static int __init mains_init(void)
+{
+     //多文件编译
+
+    printk(KERN_EMERG"param hi");
+    int vle=add(1,2);
+    printk(KERN_EMERG"add value:%d\n",vle);
+    //模块参数
+
+     printk(KERN_EMERG" name : %s\n",name);
+     printk(KERN_EMERG" age : %d\n",age);
+
+    //使用其他模块的函数(内核符号导出)
+    int adds=add_integar(3,1);
+    int subs=sub_integar(3,1);
+    printk(KERN_EMERG" add_integar : %d\n",adds);
+    printk(KERN_EMERG" sub_integar : %d\n",subs);
+    return 0;
+}
+
+static void __exit mains_exit(void)
+{
+    printk("param exit!");
+}
+
+module_init(mains_init);
+module_exit(mains_exit);
+```
+
+add.c
+
+```text
+int add(int a,int b)
+{
+    return a+b;
+}
+```
+
+makefile
+
+```text
+ifneq ($(KERNELRELEASE),)
+#两个以上内核源文件 生成单独的内核模块名ma
+
+#内核ma
+obj-m :=ma.o
+#下面的ma-objs前面必须和上面一样为ma
+ma-objs := mains.o add.o
+
+else
+
+KDIR:= /lib/modules/2.6.18-53.el5/build
+
+all:
+        make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules 
+clean:
+    rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.order
+
+endif
+```
+
+**运行带参模块**：insmod hello.ko name=yuan age=12
+内核符号导出(/proc/kallsyms记录了内核中所有导出的符号的名字与地址):
+一个内核模块的运行依赖另一个内核模块的函数实现，必须先运行第一个内核模块，这样就需要进行内核符号导出。
+
+**注意：**
+错误信息:disagrees about version of symbol struct_module insmod:error inserting ...
+开发内核模块时会出现，内核模块不匹配的情况.是你当前运行的linux内核与编译连接所依赖的
+内核版本不匹配，解决方法：
+·使用modprobe --force-modversion强行插入
+·可使用uname -r进行查看当前运行的内核版本
+
+**printk内核打印:**
+在<linux/kernel.h>中printk有8个优先级，按优先级递减的是：
+·KERN_EMERG 0
+用于紧急的消息，常常是那些崩溃的消息
+·KERN_ALERT 1
+需要立刻行动的消息
+·KERN_CRIT 2
+严重情况
+·KERN_ERR 3
+错误情况
+·KERN_WARNING(printk默认级别) 4
+有问题的警告
+·KERN_NOTICE 5
+正常情况，但是仍然值得注意
+·KERN_INFO 6
+信息消息
+·KERN_DEBUG 7
+用作调试消息
+
+不管是哪个级别的都会在/var/log/messages里面打印出来(messages可以删除后，运行内核进行测试内核打印情况)控制台打印(优先级配置/proc/sys/kernel/printk)
+
+6 4 1 7
+·Console_loglevel
+·Default_message_loglevel
+·Minimum_console_level
+·Default_console_loglevel
+
+在vm+redhat安装2.6.39内核时出现的错误
+启动时报could not find filesystem '/dev/root'
+解决方法
+a.通过make menuconfig选中以下对应的选项
+General setup -->
+[*] enable deprecated sysfs features to support old userspace tools
+成功时下面那个也*了的
+b.修改.config文件
+修改.config文件中CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2，将原本被注释掉的
+CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2 改成CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2=y
+
+----
+
+版权声明：本文为知乎博主「[极致Linux内核](https://www.zhihu.com/people/linuxwang-xian-sheng)」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
+
+原文链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/549065925