Linux內核編譯與開發
一.Linux內核簡介
linux kernel map：
linux 系統體系結構：
linux kernel體系結構：
arm有7種工作模式，x86也實現了4個不同級別RING0-RING3,RING0級別***，
這樣linux用戶代碼運行在RING3下，內核運行在RING0,這樣系統本身就得到了
充分的保護
用戶空間(用戶模式)轉到內核空間(系統模式)方法：
- 系統調用
- 硬件中斷
linux kernel 體系結構：
虛擬文件系統VFS:
VFS(虛擬文件系統)隱藏各種文件系統的具體細節，為文件操作提供統一的接口
二.Linux內核源代碼
linux內核下載www.kernel.org
目錄結構:
解壓linux kernel tar后目錄
- arch:根據cpu體系結構不同而分的代碼
- block:部分塊設備驅動程序
- crypto:加密，壓縮，CRC校驗算法
- documentation:內核文檔
- drivers:設備驅動程序
- fs(虛擬文件系統vfs):文件系統
- include:內核所需的頭文件，(與平臺無關的頭文件在include/linux中)
- lib:庫文件代碼(與平臺相關的)
- mm:實現內存管理，與硬件體系結構無關的(與硬件體系結構相關的在arch中)
- net:網絡協議的代碼
- samples:一些內核編程的范例
- scripts:配置內核的腳本
- security:SElinux的模塊
- sound:音頻設備的驅動程序
- usr:cpio命令實現，用于制作根文件系統的命令(文件系統與內核放到一塊的命令)
- virt:內核虛擬機
linux DOC 編譯生成:
linux源根目錄/Documentation/00-INDEX:目錄索引
linux源根目錄/Documentation/HOWTO:指南
生成linux內核幫助文檔:在linux源根目錄(Documentation) 執行make htmldocs
ubuntu16下需要執行sudo apt-get install xmlto安裝插件才可生成doc文檔
后面開發中經常要改的是arch，drivers中的代碼
三.Linux內核配置與編譯
清理文件(在linux源碼根目錄):
- make clean:只清理所有產生的文件
- make mrproper:清理所有產生的文件與config配置文件
- make distclean:清理所有產生的文件與config配置文件，并且編輯過的與補丁文件
配置(收集硬件信息如cpu型號，網卡等...):
- make config:基于文本模式的交互配置
- make menuconfig:基于文本模式的菜單模式(推薦使用)
- make oldconfig:使用已有的.config,但會詢問新增的配置項
- make xconfig:圖形化的配置(需要安裝圖形化系統)
配置方法：
1)使用make menuconfig操作方法：
1>按y:編譯>連接>鏡像文件
2>按m:編譯
3>按n:什么都不做
4>按"空格鍵":y,n輪換
配置完并保存后會在linux源碼根目錄下生成一個.config文件
注意：在ubuntu11上要執行apt-get install libncurses5-dev來安裝支持包
2)利用已有的配置文件模板(.config)
1>linux源碼根目錄/arch/<cpu架構>/configs/<具體某一的CPU文件>，把里面對應的文件copy并改名為.config至linux源碼根目錄下
2>利用當前運行已有的文件(要用ls /boot/ -a查看)把/boot/config-2.6.18-53.e15拷貝并改名為.config至linux源碼根目錄下執行以上操作就可以用make menuconfig在拷貝
.config文件上面修改文件了
編譯內核:
1)make zImage
2)make bzImage
區別:在X86平臺上，zimage只能用于小于512k的內核
獲取詳細編譯信息：make zimage V=1 或 make bzimage V=1
編譯好的內核在：arch/<cpu>/boot/目錄下
注意：在把.config配置文件cp到根目錄編譯內核前，必須進入make menuconfig并保存退出(否則生不了效)
編譯并安裝模塊:
1)編譯內核模塊:make modules
2)安裝內核模塊:make modules_install INSTALL_MOD_PATH=/lib/modules
更換本機器內核:將編譯好的內核模塊從內核源碼目錄copy至/lib/modules下
制作init ramdisk():輸入執行命令mkinitrd initrd-2.6.39(任意) 2.6.39(可通過查詢/lib/modules下的目錄得到)
注意：
mkinitrd命令為redhat里面的,ubuntu的命令為:mkinitramfs -k /lib/modules/模塊安裝位置 -o initrd-2.6.39(任意) 2.6.39(可通過查詢/lib/modules下的目錄得到)
如果ubuntu里面沒有mkinitramfs命令可以用apt-get install initrd-tools進行安裝
安裝內核模塊:
1)手動
1>cp linux根目錄/arch/x86/boot/bzImage /boot/mylinux-2.6.39
2>cp linux根目錄/initrd-2.6.39 /boot/initrd-2.6.39
***修改/etc/grub.conf或/etc/lilo.conf文件
2)自動
1>make install:這個命令會自動完成上面的操作(查看當前內核版本：uname -r)
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四.linux內核模塊開發
描述：
linux內核組件非常龐大，內核ximage并不包含某組件，而是在該組件需要被使用的時候，動態的添加到正在運行的內核中(也可以卸載)，這種機制叫做“內核模塊”的機制。內核模塊通常通過使用makefile文件對模塊進行編譯
模塊安裝與卸載:
1)加載：insmod hello.ko
2)卸載：rmmod hello
3)查看：lsmod
4)加載(自動尋找模塊依賴)：modprobe hello
modprobe會根據文件/lib/modules/version/modules.dep來查看要加載的模塊，看它是否還依賴于其他模塊，如果是,會先找到這些模塊，把它們先加載到內核
實例分析：
1)moduleDep/1(一個模塊的編譯)
- 1 #include <linux/module.h> 2 #include <linux/init.h> 3 4 //模塊入口函數 5 //__init:表示代碼段中的子段,里面的內容只運行一次并且回收內存. 6 static int __init hello_init(void) 7 { 8 printk(KERN_EMERG "hello world!\n"); 9 return 0;10 }11 //模塊卸載函數12 //__exit:13 static void __exit hello_exit(void)14 {15 printk(KERN_EMERG "hello exit!\n");16 }17 //內核符號導出 函數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 //函數導出30 EXPORT_SYMBOL(add_integar);31 EXPORT_SYMBOL(sub_integar);
makefile:
- #***次執行KERNELRELEASE是空的,所以執行else里面的
- ifneq ($(KERNELRELEASE),)
- obj-m :=hello.o
- #else塊
- elseKDIR:= /lib/modules/2.6.18-53.el5/build
- all:
- #KDIR 依賴內核模塊源代碼路徑(內核編譯安裝路徑)
- #PWD 表示內核代碼在哪(當前目錄)
- #modules 編譯的是模塊
- make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
- clean:
- rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers *.order
- endif
2)moduleDep/2(兩個模塊的編譯)
- #include <linux/module.h>
- #include <linux/init.h>
- //模塊可選信息
- MODULE_LICENSE("GPL");//許可證聲明
- MODULE_AUTHOR("liyuan");//作者聲明
- MODULE_DESCRIPTION("This module is a param example.");//模塊描述
- MODULE_VERSION("V1.0");//模塊別名
- MODULE_ALIAS("a simple module");//模塊別名
- //模塊參數
- static char *name = "liyuan arg";
- static int age = 30;
- //S_IRUGO是參數權限，也可以用數字
- module_param(age,int,S_IRUGO);
- module_param(name,charp,S_IRUGO);
- //使用外部文件函數
- extern int add(int a,int b);
- //聲明 外部內核符號 函數
- extern int add_integar(int a,int b);
- extern int sub_integar(int a,int b);
- static int __init mains_init(void)
- {
- //多文件編譯
- printk(KERN_EMERG"param hi");
- int vle=add(1,2);
- printk(KERN_EMERG"add value:%d\n",vle);
- //模塊參數
- printk(KERN_EMERG" name : %s\n",name);
- printk(KERN_EMERG" age : %d\n",age);
- //使用其他模塊的函數(內核符號導出)
- 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),)
- #兩個以上內核源文件 生成單獨的內核模塊名ma
- #內核ma
- obj-m :=ma.o
- #下面的ma-objs前面必須和上面一樣為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
運行帶參模塊：insmod hello.ko name=yuan age=12
內核符號導出(/proc/kallsyms記錄了內核中所有導出的符號的名字與地址):
一個內核模塊的運行依賴另一個內核模塊的函數實現，必須先運行***個內核模塊，這樣就需要進行內核符號導出。
注意：
錯誤信息:disagrees about version of symbol struct_module insmod:error inserting ...
開發內核模塊時會出現，內核模塊不匹配的情況.是你當前運行的linux內核與編譯連接所依賴的
內核版本不匹配，解決方法：
- 使用modprobe --force-modversion強行插入
- 可使用uname -r進行查看當前運行的內核版本
printk內核打印:
在<linux/kernel.h>中printk有8個優先級，按優先級遞減的是：
- KERN_EMERG 0
用于緊急的消息，常常是那些崩潰的消息
- KERN_ALERT 1
需要立刻行動的消息
- KERN_CRIT 2
嚴重情況
- KERN_ERR 3
錯誤情況
- KERN_WARNING(printk默認級別) 4
有問題的警告
- KERN_NOTICE 5
正常情況，但是仍然值得注意
- KERN_INFO 6
信息消息
- KERN_DEBUG 7
用作調試消息
不管是哪個級別的都會在/var/log/messages里面打印出來(messages可以刪除后，運行內核進行測試內核打印情況)控制臺打印(優先級配置/proc/sys/kernel/printk)
6 4 1 7
- Console_loglevel
- Default_message_loglevel
- Minimum_console_level
- Default_console_loglevel
在vm+redhat安裝2.6.39內核時出現的錯誤
啟動時報could not find filesystem '/dev/root'
解決方法
a.通過make menuconfig選中以下對應的選項
General setup -->
[*] enable deprecated sysfs features to support old userspace tools
成功時下面那個也*了的
b.修改.config文件
修改.config文件中CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2，將原本被注釋掉的
CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2 改成CONFIG_SYSFS_DEPRECATED_V2=y
