编译内核&替换内核(v5.8)

作者: 赵信信官属 | 来源:发表于2022-01-22 23:09 被阅读0次

编译内核&替换内核(v4.19.196)
编译内核&替换内核(v5.8)
Linux小系统（二）-内核编译
Linux内核编译
Ubuntu18 安装编译内核+自定义内核版本名
Ubuntu内核升级方法
迅为IMX6Q开发板-非设备树内核-单独编译内核驱动
迅为4418开发板-驱动-以模块的方式编译内核驱动
内核模块学习
Linux内核

环境

宿主机: Ubuntu 20.04

下载的Linux版本: Linux-5.8.1

可以通过 cat /proc/version 或 uname -a 查看宿主机版本, 然后再选择对应的版本下载.

v-dev@vdev-VirtualBox:~$ uname -r
5.8.0-63-generic

v-dev@vdev-VirtualBox:~$ ll /usr/src
total 24
drwxr-xr-x  6 root root 4096 8月   1 10:13 ./
drwxr-xr-x 14 root root 4096 4月  23  2020 ../
drwxr-xr-x 24 root root 4096 4月  23  2020 linux-headers-5.4.0-26/
drwxr-xr-x  7 root root 4096 4月  23  2020 linux-headers-5.4.0-26-generic/
drwxr-xr-x  7 root root 4096 8月   1 09:39 linux-headers-5.8.0-63-generic/
drwxr-xr-x 24 root root 4096 8月   1 09:39 linux-hwe-5.8-headers-5.8.0-63/

更新 /etc/apt/sources.list

deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-security main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-security main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-updates main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-proposed main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-proposed main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-backports main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-backports main restricted universe multiverse

deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ focal main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ focal-updates main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ focal-backports main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ focal-security main restricted universe multiverse


apt-get update
sudo apt-get install build-essential gcc make perl dkms
sudo apt-get install flex
sudo apt-get install bison
sudo apt-get install libncurses5-dev
sudo apt-get install libssl-dev
sudo apt-get install libelf-dev

reboot

编译内核源码

1.下载内核源码步骤

下载内核源码步骤.png

2.解压源码包

如果下载的文件类型是linux-5.8.1.tar.xz则需要两步解压

xz -d linux-5.8.1.tar.xz

tar -xvf linux-5.8.1.tar

如果下载的文件类型是linux-5.8.1.tar.gz则只需要一步解压

tar -xvf linux-5.8.1.tar.gz

3.指定硬件架构体系

# export ARCH=x86

4.配置board config

进入解压后的linux-5.8.1目录执行以下命令

# sudo make x86_64_defconfig

结果如下图

配置board config.png

5.配置内核

继续执行 sudo make menuconfig命令

配置内核.png

6.编译内核

编译源码.png

好长时间...

内核编译完成

测试自己写的字符设备驱动程序

在linux-5.8.1目录下创建debug目录,并创建my_char_device.c和Makefile两个文件

并不是说这里的my_char_device.c依赖于linux-5.8.1目录下的文件, 它依赖的是宿主机的文件. 之所以把它放在linux-5.8.1目录下, 是后期会把它编译到linux-5.8.1内核中. 如果你只是为了测试自己写的字符设备驱动程序, my_char_device.c可以任意放置, 甚至也不需要下载和编译linux-5.8.1

字符设备驱动源文件 my_char_device.c


#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/uaccess.h>


MODULE_LICENSE("GPL");

static struct class *struct_class;
static int dev_major;

static int open(struct inode *pinode, struct file *pfile)
{
    printk(KERN_WARNING "L%d->%s() major=%d,minor=%d\n", __LINE__, __FUNCTION__, imajor(pinode), iminor(pinode));
    return 0;
}
static ssize_t read(struct file *pfile, char __user *pbuf, size_t count, loff_t *off)
{
    int ret;
    // 用户态应用程序调用read方法时返回这里定义的字符数组数据
    char data[] = "data from my_char_device";
    int len = min(count, sizeof(data));
    ret = copy_to_user(pbuf,data,len);
    printk(KERN_WARNING "L%d->%s()\n", __LINE__, __FUNCTION__);
    return ret;
}
static ssize_t write(struct file *pfile, const char *pbuf, size_t count, loff_t *off)
{
    int ret;
    char data[100];
    int len = min(count, sizeof(data));
    ret = copy_from_user(data,pbuf,len);
    printk(KERN_WARNING "L%d->%s():%s\n", __LINE__, __FUNCTION__, data);
    return count;
}
static int release(struct inode *pinode, struct file *pfile)
{
    printk(KERN_WARNING "L%d->%s()\n", __LINE__, __FUNCTION__);
    return 0;
}


static struct file_operations fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = open,
    .read = read,
    .write = write,
    .release = release,
};


static int my_char_device_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "my_char_device init!\n");
    // 查看cat /proc/devices   查看未使用的设备号
    // my_char_device 设备文件名称
    dev_major = register_chrdev(0, "my_char_device", &fops);
    struct_class = class_create(THIS_MODULE, "my_char_class");
    // 自动创建设备文件     也可以通过 `mknod /dev/my_char_device c 200 2` 手动创建设备文件
    device_create(struct_class, NULL, MKDEV(dev_major, 2), NULL, "my_char_device");
    
    return 0;
}
static void my_char_device_exit(void)
{
    printk(KERN_ALERT "my_char_device exit!\n");
    device_destroy(struct_class, MKDEV(dev_major, 2));
    class_destroy(struct_class);
    unregister_chrdev(dev_major, "my_char_device");
    
}

module_init(my_char_device_init);
module_exit(my_char_device_exit);

Makefile

obj-m := my_char_device.o
KERNEL_DIR := /usr/src/linux-headers-$(shell uname -r)
PWD := $(shell pwd)
default:
    make -C ${KERNEL_DIR} M=${PWD} modules
clean:
    rm -f *.o *.ko *.mod.c *.mod.o modules.* Module.*

image.png

编译模块

image.png

插入和卸载模块

image.png

通过执行dmesg命令查看输出信息

image.png

插入模块之后
在/sys/class目录下会出现一个my_char_class目录.

image.png

在/dev/目录下会出现一个my_char字符设备文件.

image.png

测试一下自己写的字符设备驱动程序

main.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>


int main()
{
    
    int fd;
    char data[100];
    fd = open("/dev/my_char_device", O_RDWR);
    read(fd, data, 100);
    printf("%s\n", data);

    char info[100] = "www.infuq.com";
    write(fd, info, 14);

    return 0;
}

编译&执行

image.png

返回的数据data from my_char_device 就是上面驱动程序my_char_device_read方法中定义的数据.

将自己写的字符设备驱动程序编译到内核中

一路走下来, 我们编译了内核, 也写了自己的驱动程序. 现在就要把自己写的驱动程序编译到内核中.

1.将我们写的my_char_device.c文件拷贝到linux-5.8.1/drivers/char目录下,效果图如下

因为我们写的是字符设备驱动,因此必须拷贝到指定的目录下. 之前写的Makefile文件不需要拷贝.

image.png

2.编辑Kconfig文件

image.png

添加一项config,如下图.

image.png

经过上面的配置,在接下来配置内核选项的时候就可以看到我们添加的选项了

3.编辑Makefile

这里的Makefile是linux-5.8.1/drivers/char目录下自己的Makefile, 并不是我们上面自己写的Makefile

image.png

添加如下一行内容

image.png

这里的CONFIG_MY_CHAR_DEVICE不能随便写. 在上一步编辑Kconfig文件时, 我们添加的一个选项是config MY_CHAR_DEVICE, 因此这一步就要写CONFIG_MY_CHAR_DEVICE. 如果上一步我们设置的选项是config TMP_DEVICE, 那么这一步就要写CONFIG_TMP_DEVICE.

3.编译内核

image.png

如上图, 依次执行 export ARCH=x86 , sudo make x86_64_defconfig , sudo make menuconfig 命令.

在执行sudo make menuconfig命令会弹出弹框, 依次选择 Device Drivers -> Character devices , 最后会看到如下界面, 就看到了我们自己的字符设备选项, 把它勾选, 那么就会自动编译到内核中了.

image.png

编译内核 sudo make

image.png

如上图, 的确看到了把我们自己写的驱动程序编译到了内核中.

替换内核

经过上面的步骤, 我们验证了自己写的字符驱动程序是正确的, 我们也成功的把自己写的字符驱动程序编译进入了内核. 这一次, 我们需要把我们已经成功编译的内核版本5.8.1替换掉宿主机自己的内核版本.

1.sudo make modules_install 安装内核模块

image.png

2.sudo make install 安装内核

image.png

3.修改grub
sudo vi /etc/default/grub

image.png

ubuntu20修改成如上效果, 其他版本请读者朋友自行解决

4.sudo update-grub

image.png

5.重启机器

image.png

如上图,选择'Advanced options for Ubuntu'

image.png

如上图,选择我们之前编译的5.8.1版本内核进行启动

启动之后,查看版本

image.png

查看我们自己的字符驱动是否被加载了

image.png

再次调用我们之前测试字符设备的程序,数据也正常返回.

image.png

一路走来, 编译内核 -> 自己写个字符设备驱动程序 -> 把自己写的字符设备驱动程序加载进内核并再次编译内核 -> 替换掉系统自身内核,使用我们自己的内核.

基于以上, 后面就可以修改一下内核数据, 调试内核, 验证一些结论就有一些帮助了.

测试块驱动

my_disk.c


#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/mount.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <mach/devices.h>
#include <mach/soc.h>
#include <mach/platform.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/genhd.h>
#include <linux/blkdev.h>
#include <linux/hdreg.h>
#include <linux/vmalloc.h>

MODULE_LICENSE("GPL");

#define VDISK_SIZE 10 * 1024 * 1024 // 10M
#define SECTOR_SIZE 512

static int my_disk_major;
static struct gendisk *gdisk;
static spinlock_t lock;
unsigned char *vmem; // 基于内存的磁盘,即把内存中的某块区域当成磁盘使用.

static int my_disk_open(struct block_device *dev, fmode_t mod)
{
    return 0;
}
static int my_disk_getgeo(struct block_device *blk, struct hd_geometry *geo)
{
    geo->heads = 4;
    geo->sectors = 16;
    geo->start = 0;
    geo->cylinders = 10 * 1024 * 1024 / 512 /4 /16;
    return 0;
}

static struct block_device_operations my_disk_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = my_disk_open,
    .getgeo = my_disk_getgeo,
}

static void handle_disk_request(struct request_queue *queue)
{
    struct request *req;
    unsigned int size,off;
    req = blk_fetch_request(queue);
    while (req)
    {
        size = blk_rq_cur_bytes(req);
        off = req->__sector * SECTOR_SIZE;

        if (rq_data_dir(req) == READ)
            memcpy(req->buffer, vmem + off, size);
        else if (rq_data_dir(req) == WRITE)
            memcpy(vmem + off, req->buffer, size);

        if (!__blk_end_request_cur(req, 0))
            req = blk_fetch_request(queue);
    }
}


static int __init my_disk_init(void)
{

    vmem = vmalloc(VDISK_SIZE);
    my_disk_major = register_blkdev(0, "my_disk");
    gdisk = alloc_disk(3);

    gdisk->major = my_disk_major;
    gdisk->first_minor = 1;
    gdisk->fops = &my_disk_fops;
    strcpy(gdisk->disk_name, "my_ram_disk");
    spin_lock_init(&lock);
    gdisk->queue = blk_init_queue(handle_disk_request, &lock);

    set_capacity(gdisk, VDISK_SIZE / SECTOR_SIZE);

    add_disk(gdisk);

    return 0;
}

static void __exit my_disk_exit(void)
{
    del_gendisk(gdisk);
    put_disk(gdisk);
    unregister_blkdev(my_disk_major, "my_disk");
    vfree(vmem);
}



module_init(my_disk_init);
module_exit(my_disk_exit);

编译busybox

1.下载解压

下载busybox.png

https://busybox.net/downloads/busybox-1.30.0.tar.bz2

解压命令tar -xvf busybox-1.30.0.tar.bz2

解压到与linux-5.8.1目录同级

同级目录.png

2.配置

配置busybox.png

3.编译和安装

编译和安装busybox.png

完成之后会生成一个_install目录,进入此目录

_install目录.png


[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ mkdir etc dev mnt
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ mkdir -p proc sys tmp mnt
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ mkdir -p etc/init.d/
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ vim etc/fstab
proc        /proc           proc         defaults        0        0
tmpfs       /tmp            tmpfs    　　defaults        0        0
sysfs       /sys            sysfs        defaults        0        0
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ vim etc/init.d/rcS
echo -e "Welcome to tinyLinux"
/bin/mount -a
echo -e "Remounting the root filesystem"
mount  -o  remount,rw  /
mkdir -p /dev/pts
mount -t devpts devpts /dev/pts
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
mdev -s
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ chmod 755 etc/init.d/rcS
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ vim etc/inittab
::sysinit:/etc/init.d/rcS
::respawn:-/bin/sh
::askfirst:-/bin/sh
::cttlaltdel:/bin/umount -a -r
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ chmod 755 etc/inittab
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ cd dev
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 dev]$ sudo mknod console c 5 1
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 dev]$ sudo mknod null c 3 1
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 dev]$ sudo mknod tty1 c 4 1

制作最小的根文件系统

在busybox-1.30.0目录下执行以下命令


rm -rf rootfs.ext3
rm -rf fs
# 制作一个空镜像
dd if=/dev/zero of=./rootfs.ext3 bs=1M count=32
# 将镜像文件格式化成ext3格式
mkfs.ext3 rootfs.ext3
# 创建一个挂载点目录
mkdir fs
# 将空镜像挂载到挂载点
mount -o loop rootfs.ext3 ./fs
# 将根文件系统目录和文件复制到挂载点
cp -rf ./_install/* ./fs
umount ./fs
# 将镜像打包成内核可以识别的格式
gzip --best -c rootfs.ext3 > rootfs.img.gz

启动

apt install qemu-system-x86


$ qemu-system-x86_64 \
  # 内核镜像地址
  -kernel ./linux-4.9.229/arch/x86_64/boot/bzImage  \
  # 根文件系统镜像地址
  -initrd ./busybox-1.30.0/rootfs.img.gz   \
  -append "root=/dev/ram init=/linuxrc"  \
  -serial file:output.txt

参考链接

https://www.bilibili.com/read/cv11271232

编译内核&替换内核(v4.19.196)
在编译内核&替换内核(v5.8)[https://www.jianshu.com/p/621307c2b7e1...
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