程序员经验分享-hwhale

第一次动手构建 Linux 内核

2023-11-12

背景

这两天读过《UNIX传奇：历史与回忆》，我深藏已久的 Linux 内核开发的理想又被一把点燃。

事不迟疑，赶紧动手干点什么。万一这次真坚持下去了呢？

不知为什么，“构建并替换内核”这件事在曾经的我眼中好似“活人换心脏”，吓得我打了退堂鼓；但如今看来不过是执行一连串命令而已，应该毫无难度。

机器参数

我手上是一台 2011 年左右家里人买的宏碁（Acer）笔记本，淘汰之后被我几番折腾，最后装了 Ubuntu 和 CentOS 双系统（参见：安装 Ubuntu 和 CentOS 双系统），但装完没两天也再没用过。

大致看一下 CPU 和 内存：

~/Downloads$ lscpu
Architecture:        x86_64
CPU op-mode(s):      32-bit, 64-bit
Byte Order:          Little Endian
CPU(s):              4
On-line CPU(s) list: 0-3
Thread(s) per core:  2
Core(s) per socket:  2
Socket(s):           1
NUMA node(s):        1
Vendor ID:           GenuineIntel
CPU family:          6
Model:               42
Model name:          Intel(R) Core(TM) i3-2348M CPU @ 2.30GHz
Stepping:            7

~/Downloads$ free -m # 单位 MB
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:           3773        1602         529         187        1640        1715
Swap:             0           0           0

参考链接

以下步骤参考这篇文章：How to Build Linux Kernel From Scratch {Step-By-Step Guide}

操作流程

开始之前，首先查看一下当前的内核版本：

~/Downloads$ uname -mrs
Linux 5.3.0-46-generic x86_64

看来用的是 5.3.0-46。

步骤1：下载 Linux 内核源码

截至写稿时，Linux 内核官网 上的最新版本是 5.13.1，比参考文章上的又高了几个小版本。
在这里插入图片描述
使用 wget 下载源码：

~/Downloads$ wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.13.1.tar.xz
--2021-07-14 21:30:10--  https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.13.1.tar.xz
Resolving cdn.kernel.org (cdn.kernel.org)... 2a04:4e42:1a::432, 151.101.229.176
Connecting to cdn.kernel.org (cdn.kernel.org)|2a04:4e42:1a::432|:443... connected.
HTTP request sent, awaiting response... 200 OK
Length: 119286316 (114M) [application/x-xz]
Saving to: ‘linux-5.13.1.tar.xz’

linux-5.13.1.tar.xz 100%[===================>] 113.76M  90.4KB/s    in 18m 11s 

2021-07-14 21:48:22 (107 KB/s) - ‘linux-5.13.1.tar.xz’ saved [119286316/119286316]

步骤 2：解压源码

这一步也没啥说的。

~/Downloads$ tar xvf linux-5.13.1.tar.xz
# ...
# 中间太长，略
# ...
linux-5.13.1/virt/kvm/eventfd.c
linux-5.13.1/virt/kvm/irqchip.c
linux-5.13.1/virt/kvm/kvm_main.c
linux-5.13.1/virt/kvm/mmu_lock.h
linux-5.13.1/virt/kvm/vfio.c
linux-5.13.1/virt/kvm/vfio.h
linux-5.13.1/virt/lib/
linux-5.13.1/virt/lib/Kconfig
linux-5.13.1/virt/lib/Makefile
linux-5.13.1/virt/lib/irqbypass.c

步骤 3：下载所需软件包

回头再研究这些软件包，先按参考文章来吧：

~/Downloads$ sudo apt-get install git fakeroot build-essential ncurses-dev xz-utils libssl-dev bc flex libelf-dev bison
[sudo] password for doudou: 
Reading package lists... Done
Building dependency tree       
Reading state information... Done
# 中间太长，略
3 upgraded, 8 newly installed, 0 to remove and 518 not upgraded.
Need to get 8,035 kB of archives.
After this operation, 4,734 kB of additional disk space will be used.
Do you want to continue? [Y/n] y
Get:1 http://mirrors.aliyun.com/ubuntu bionic/main amd64 flex amd64 2.6.4-6 [316 kB]
Get:2 http://mirrors.aliyun.com/ubuntu bionic-security/main amd64 libssl-dev amd64 1.1.1-1ubuntu2.1~18.04.9 [1,566 kB]
Get:3 http://mirrors.aliyun.com/ubuntu bionic-security/main amd64 libssl1.1 amd64 1.1.1-1ubuntu2.1~18.04.9 [1,301 kB]
# 中间太长，略
Processing triggers for man-db (2.8.3-2ubuntu0.1) ...
Processing triggers for install-info (6.5.0.dfsg.1-2) ...
Processing triggers for libc-bin (2.27-3ubuntu1) ...

参考文章中简单描述了一下这些软件包：链接

步骤 4：内核配置

这一步也没啥好说的，把系统当前版本内核的配置文件，拿过来直接用。

-v 是 verbose 的意思，把复制了什么、复制到哪儿都打印出来：

~/Downloads$ cd linux-5.13.1/ # 进入刚解压的目录
~/Downloads/linux-5.13.1$ cp -v /boot/config-$(uname -r) .config # 复制配置文件
'/boot/config-5.3.0-46-generic' -> '.config'

步骤 5：开始构建！

这一步就很有意思了：

步骤 5.1：make

输入 make 之后弹出来一堆选项，很多都标着 (NEW) 字样，估计是之前版本内核配置里没有的新参数吧。

一开始我还想看看这些配置都是啥意思，选一选，后来发现要选的参数实在太多了，怎么也得有几千个吧，就一路按回车了，按了也有好久！

最后终于停止向我问问题，开始编译了。

截至头天晚上要睡觉时 make 还在跑，估计要跑一晚上了。

~/Downloads/linux-5.13.1$ make
Makefile:656: include/config/auto.conf: No such file or directory
Makefile:701: include/config/auto.conf.cmd: No such file or directory
  SYNC    include/config/auto.conf.cmd
  HOSTCC  scripts/basic/fixdep
  HOSTCC  scripts/kconfig/conf.o
# 中间太长，略
.config:10171:warning: symbol value '1' invalid for KASAN_STACK
*
* Restart config...
*
*
* General setup
*
Compile also drivers which will not load (COMPILE_TEST) [N/y/?] n
Local version - append to kernel release (LOCALVERSION) [] 
Automatically append version information to the version string (LOCALVERSION_AUTO) [N/y/?] n
Build ID Salt (BUILD_SALT) [] 
Kernel compression mode
> 1. Gzip (KERNEL_GZIP)
  2. Bzip2 (KERNEL_BZIP2)
  3. LZMA (KERNEL_LZMA)
  4. XZ (KERNEL_XZ)
  5. LZO (KERNEL_LZO)
  6. LZ4 (KERNEL_LZ4)
  7. ZSTD (KERNEL_ZSTD) (NEW)
choice[1-7?]:  # 这是第一个需要我回答的问题

# 中间巨长无比，略

# 从这里开始，终于开始编译了：

  SYSHDR  arch/x86/include/generated/uapi/asm/unistd_32.h
  SYSHDR  arch/x86/include/generated/uapi/asm/unistd_64.h
  SYSHDR  arch/x86/include/generated/uapi/asm/unistd_x32.h
  SYSTBL  arch/x86/include/generated/asm/syscalls_32.h
  SYSHDR  arch/x86/include/generated/asm/unistd_32_ia32.h
  SYSHDR  arch/x86/include/generated/asm/unistd_64_x32.h

第二天早上发现，终于跑完啦：

  CC [M]  sound/usb/snd-usbmidi-lib.mod.o
  LD [M]  sound/usb/snd-usbmidi-lib.ko
  CC [M]  sound/usb/usx2y/snd-usb-us122l.mod.o
  LD [M]  sound/usb/usx2y/snd-usb-us122l.ko
  CC [M]  sound/usb/usx2y/snd-usb-usx2y.mod.o
  LD [M]  sound/usb/usx2y/snd-usb-usx2y.ko
  CC [M]  sound/x86/snd-hdmi-lpe-audio.mod.o
  LD [M]  sound/x86/snd-hdmi-lpe-audio.ko
  CC [M]  sound/xen/snd_xen_front.mod.o
  LD [M]  sound/xen/snd_xen_front.ko
  CC [M]  virt/lib/irqbypass.mod.o
  LD [M]  virt/lib/irqbypass.ko
  GEN     scripts/gdb/linux/constants.py

剩下的两个步骤就比较快了：

步骤 5.2：make INSTALL_MOD_STRIP=1 modules_install

注意！我第一次没加INSTALL_MOD_STRIP=1 这个参数（参考文章里没提），结果重启之后提示 couldn't find suitable memory target，因为 initrd 太大了。网上搜了下解决方法，重新加上这个参数再编译就好了。

具体请参考：Ubuntu 换内核后报错：couldn’t find suitable memory target

可以看到，该命令把各个模块安装到了 /lib/moduls/5.13.1/kernel/ 下，无需手动指定路径。真是太方便了！

~/Downloads/linux-5.13.1$ sudo make INSTALL_MOD_STRIP=1 modules_install
[sudo] password for doudou: 
arch/x86/Makefile:148: CONFIG_X86_X32 enabled but no binutils support
  INSTALL /lib/modules/5.13.1/kernel/arch/x86/crypto/aegis128-aesni.ko
  SIGN    /lib/modules/5.13.1/kernel/arch/x86/crypto/aegis128-aesni.ko
  INSTALL /lib/modules/5.13.1/kernel/arch/x86/crypto/aesni-intel.ko
  SIGN    /lib/modules/5.13.1/kernel/arch/x86/crypto/aesni-intel.ko
  INSTALL /lib/modules/5.13.1/kernel/arch/x86/crypto/blowfish-x86_64.ko
  SIGN    /lib/modules/5.13.1/kernel/arch/x86/crypto/blowfish-x86_64.ko
  INSTALL /lib/modules/5.13.1/kernel/arch/x86/crypto/camellia-aesni-avx-x86_64.ko
  SIGN    /lib/modules/5.13.1/kernel/arch/x86/crypto/camellia-aesni-avx-x86_64.ko

# 中间太长

  SIGN    /lib/modules/5.13.1/kernel/sound/usb/usx2y/snd-usb-usx2y.ko
  INSTALL /lib/modules/5.13.1/kernel/sound/x86/snd-hdmi-lpe-audio.ko
  SIGN    /lib/modules/5.13.1/kernel/sound/x86/snd-hdmi-lpe-audio.ko
  INSTALL /lib/modules/5.13.1/kernel/sound/xen/snd_xen_front.ko
  SIGN    /lib/modules/5.13.1/kernel/sound/xen/snd_xen_front.ko
  INSTALL /lib/modules/5.13.1/kernel/virt/lib/irqbypass.ko
  SIGN    /lib/modules/5.13.1/kernel/virt/lib/irqbypass.ko
  DEPMOD  /lib/modules/5.13.1
~/Downloads/linux-5.13.1$

步骤 5.3：make install

最后一步是这 3 个 make 命令中最快的：

~/Downloads/linux-5.13.1$ sudo make install 
arch/x86/Makefile:148: CONFIG_X86_X32 enabled but no binutils support
sh ./arch/x86/boot/install.sh 5.13.1 arch/x86/boot/bzImage \
	System.map "/boot"
run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/apt-auto-removal 5.13.1 /boot/vmlinuz-5.13.1
run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/initramfs-tools 5.13.1 /boot/vmlinuz-5.13.1
update-initramfs: Generating /boot/initrd.img-5.13.1
W: Possible missing firmware /lib/firmware/rtl_nic/rtl8125b-2.fw for module r8169
W: Possible missing firmware /lib/firmware/rtl_nic/rtl8125a-3.fw for module r8169
W: Possible missing firmware /lib/firmware/rtl_nic/rtl8168fp-3.fw for module r8169
run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/unattended-upgrades 5.13.1 /boot/vmlinuz-5.13.1
run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/update-notifier 5.13.1 /boot/vmlinuz-5.13.1
run-parts: executing /etc/kernel/postinst.d/zz-update-grub 5.13.1 /boot/vmlinuz-5.13.1
Sourcing file `/etc/default/grub'
Generating grub configuration file ...
Found linux image: /boot/vmlinuz-5.13.1
Found initrd image: /boot/initrd.img-5.13.1
Found linux image: /boot/vmlinuz-5.3.0-46-generic
Found initrd image: /boot/initrd.img-5.3.0-46-generic
Found linux image: /boot/vmlinuz-5.3.0-42-generic
Found initrd image: /boot/initrd.img-5.3.0-42-generic
Found memtest86+ image: /boot/memtest86+.elf
Found memtest86+ image: /boot/memtest86+.bin
device-mapper: remove ioctl on osprober-linux-centos--vg-root  failed: Device or resource busy
Command failed
/usr/sbin/grub-probe: error: unknown filesystem.
Found CentOS Linux 8 (Core) on /dev/mapper/centos--vg-root
done

倒数第二行 Found CentOS Linux 8 (Core) on /dev/mapper/centos--vg-root 是因为我在这个机器上还装着 CentOS，哈哈。

步骤 6：更新 Bootloader（可跳过）

执行完这个步骤之后我才注意到，参考文章里说这一步完全可以略过。

步骤 6.1：update-initramfs

~/Downloads/linux-5.13.1$ sudo update-initramfs -c -k 5.13.1
update-initramfs: Generating /boot/initrd.img-5.13.1
W: Possible missing firmware /lib/firmware/rtl_nic/rtl8125b-2.fw for module r8169
W: Possible missing firmware /lib/firmware/rtl_nic/rtl8125a-3.fw for module r8169
W: Possible missing firmware /lib/firmware/rtl_nic/rtl8168fp-3.fw for module r8169

步骤 6.2：update-grub

~/Downloads/linux-5.13.1$ sudo update-grub
Sourcing file `/etc/default/grub'
Generating grub configuration file ...
Found linux image: /boot/vmlinuz-5.13.1
Found initrd image: /boot/initrd.img-5.13.1
Found linux image: /boot/vmlinuz-5.3.0-46-generic
Found initrd image: /boot/initrd.img-5.3.0-46-generic
Found linux image: /boot/vmlinuz-5.3.0-42-generic
Found initrd image: /boot/initrd.img-5.3.0-42-generic
Found memtest86+ image: /boot/memtest86+.elf
Found memtest86+ image: /boot/memtest86+.bin
done

步骤 7：重启并验证内核版本

大功告成！

启动菜单中选择 Advanced options for Ubuntu：
在这里插入图片描述
然后选择新装的内核：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
成功启动系统了！

老实说，看到界面那一刻还真有点激动，毕竟是解决了一个问题（参见步骤 5.2），不是一帆风顺到这儿的：
在这里插入图片描述
验证一下内核版本：

~$ uname -mrs
Linux 5.13.1 x86_64

小结

因为白天工作的关系，从第一天傍晚装到第三天上午才装好，但总体来说还算挺顺利。

《UNIX传奇：历史与回忆》给我热血沸腾的感觉还在，有时间该研究一下内核的源码了。

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