Linux内核编译与开发

一.Linux内核简介

linux kernel map： 

 

 

 

linux 系统体系结构： 

 

 

 

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***，

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： 

 

 

 

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

二.Linux内核源代码

linux内核下载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

三.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

***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)

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四.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)

 

 1 #include <linux/module.h> 2 #include <linux/init.h> 3  4 //模块入口函数 5 //__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. 6 static int __init hello_init(void) 7 { 8     printk(KERN_EMERG "hello world!\n"); 9     return 0;10 }11 //模块卸载函数12 //__exit:13 static void __exit hello_exit(void)14 {15     printk(KERN_EMERG "hello exit!\n");16 }17 //内核符号导出 函数18 int add_integar(int a,int b)19 {20     return a+b;  
21 }22 int sub_integar(int a,int b)23 {24     return a-b;  
25 }26 27 module_init(hello_init);28 module_exit(hello_exit);29 //函数导出30 EXPORT_SYMBOL(add_integar);31 EXPORT_SYMBOL(sub_integar); 

 

makefile:

#***次执行KERNELRELEASE是空的,所以执行else里面的 
ifneq ($(KERNELRELEASE),) 
 
obj-m :=hello.o 
 
#else块 
 
elseKDIR:= /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)

#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);52 module_exit(mains_exit); 

add.c

int add(int a,int b) 
{ 
     return a+b; 
} 

 

makefile

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.oelseKDIR:= /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***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