linux下gcc编程08-编译linux内核

一。 linux内核简介

Linux系统一般有4个主要部分：

内核、shell、文件系统和应用程序。内核、shell和文件系统一起形成了基本的操作系统结构，它们使得用户可以运行程序、管理文件并使用系统。

linux内核

内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。

       Linux 内核由如下几部分组成：内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等。如图：

系统调用接口：SCI 层提供了某些机制执行从用户空间到内核的函数调用。这个接口依赖于体系结构，甚至在相同的处理器家族内也是如此。SCI 实际上是一个非常有用的函数调用多路复用和多路分解服务。在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的实现，并在 ./linux/arch 中找到依赖于体系结构的部分。

  1. 内存管理 

        对任何一台计算机而言，其内存以及其它资源都是有限的。为了让有限的物理内存满足应用程序对内存的大需求量，Linux  采用了称为“虚拟内存”的内存管理方式。Linux  将内存划分为容易处理的“内存页”（对于大部分体系结构来说都是 4KB）。Linux 包括了管理可用内存的方式，以及物理和虚拟映射所使用的硬件机制。

　    不过内存管理要管理的可不止 4KB 缓冲区。Linux 提供了对 4KB 缓冲区的抽象，例如 slab 分配器。这种内存管理模式使用 4KB 缓冲区为基数，然后从中分配结构，并跟踪内存页使用情况，比如哪些内存页是满的，哪些页面没有完全使用，哪些页面为空。这样就允许该模式根据系统需要来动态调整内存使用。
　　 为了支持多个用户使用内存，有时会出现可用内存被消耗光的情况。由于这个原因，页面可以移出内存并放入磁盘中。这个过程称为交换，因为页面会被从内存交换到硬盘上。内存管理的源代码可以在 ./linux/mm 中找到。

 

    2 .进程管理

       进程实际是某特定应用程序的一个运行实体。在 Linux  系统中，能够同时运行多个进程，Linux  通过在短的时间间隔内轮流运行这些进程而实现“多任务”。这一短的时间间隔称为“时间片”，让进程轮流运行的方法称为“进程调度” ，完成调度的程序称为调度程序。

 

       进程调度控制进程对CPU的访问。当需要选择下一个进程运行时，由调度程序选择最值得运行的进程。可运行进程实际上是仅等待CPU资源的进程，如果某个进程在等待其它资源，则该进程是不可运行进程。Linux使用了比较简单的基于优先级的进程调度算法选择新的进程。 

        通过多任务机制，每个进程可认为只有自己独占计算机，从而简化程序的编写。每个进程有自己单独的地址空间，并且只能由这一进程访问，这样，操作系统避免了进程之间的互相干扰以及“坏”程序对系统可能造成的危害。 为了完成某特定任务，有时需要综合两个程序的功能，例如一个程序输出文本，而另一个程序对文本进行排序。为此，操作系统还提供进程间的通讯机制来帮助完成这样的任务。Linux 中常见的进程间通讯机制有信号、管道、共享内存、信号量和套接字等。 

       内核通过 SCI 提供了一个应用程序编程接口（API）来创建一个新进程（fork、exec 或 Portable Operating System Interface [POSⅨ] 函数），停止进程（kill、exit），并在它们之间进行通信和同步（signal 或者 POSⅨ 机制）。

 

    3. 文件系统 

       和 DOS 等操作系统不同，Linux 操作系统中单独的文件系统并不是由驱动器号或驱动器名称（如 A:  或 C:  等）来标识的。相反，和 UNIX  操作系统一样，Linux 操作系统将独立的文件系统组合成了一个层次化的树形结构，并且由一个单独的实体代表这一文件系统。Linux  将新的文件系统通过一个称为“挂装”或“挂上”的操作将其挂装到某个目录上，从而让不同的文件系统结合成为一个整体。Linux  操作系统的一个重要特点是它支持许多不同类型的文件系统。Linux 中最普遍使用的文件系统是 Ext2，它也是 Linux  土生土长的文件系统。但 Linux  也能够支持 FAT、VFAT、FAT32、MINIX 等不同类型的文件系统，从而可以方便地和其它操作系统交换数据。由于 Linux  支持许多不同的文件系统，并且将它们组织成了一个统一的虚拟文件系统.

       虚拟文件系统（VirtualFileSystem,VFS）:隐藏了各种硬件的具体细节，把文件系统操作和不同文件系统的具体实现细节分离了开来，为所有的设备提供了统一的接口，VFS提供了多达数十种不同的文件系统。虚拟文件系统可以分为逻辑文件系统和设备驱动程序。逻辑文件系统指Linux所支持的文件系统，如ext2,fat等，设备驱动程序指为每一种硬件控制器所编写的设备驱动程序模块。 

       虚拟文件系统（VFS）是 Linux 内核中非常有用的一个方面，因为它为文件系统提供了一个通用的接口抽象。VFS 在 SCI 和内核所支持的文件系统之间提供了一个交换层。即VFS 在用户和文件系统之间提供了一个交换层。

VFS         在用户和文件系统之间提供了一个交换层:

在 VFS 上面，是对诸如 open、close、read 和 write 之类的函数的一个通用 API 抽象。在 VFS 下面是文件系统抽象，它定义了上层函数的实现方式。它们是给定文件系统（超过 50 个）的插件。文件系统的源代码可以在 ./linux/fs 中找到。
　　文件系统层之下是缓冲区缓存，它为文件系统层提供了一个通用函数集（与具体文件系统无关）。这个缓存层通过将数据保留一段时间（或者随即预先读取数据以便在需要是就可用）优化了对物理设备的访问。缓冲区缓存之下是设备驱动程序，它实现了特定物理设备的接口。
      因此，用户和进程不需要知道文件所在的文件系统类型，而只需要象使用 Ext2  文件系统中的文件一样使用它们。

 

     4. 设备驱动程序 

      设备驱动程序是 Linux  内核的主要部分。和操作系统的其它部分类似，设备驱动程序运行在高特权级的处理器环境中，从而可以直接对硬件进行操作，但正因为如此，任何一个设备驱动程序的错误都可能导致操作系统的崩溃。设备驱动程序实际控制操作系统和硬件设备之间的交互。设备驱动程序提供一组操作系统可理解的抽象接口完成和操作系统之间的交互，而与硬件相关的具体操作细节由设备驱动程序完成。一般而言，设备驱动程序和设备
的控制芯片有关，例如，如果计算机硬盘是 SCSI  硬盘，则需要使用 SCSI  驱动程序，而不是 IDE 驱动程序。 

 

    5.网络接口（NET）   

       提供了对各种网络标准的存取和各种网络硬件的支持。网络接口可分为网络协议和网络驱动程序。网络协议部分负责实现每一种可能的网络传输协议。众所周知，TCP/IP  协议是 Internet  的标准协议，同时也是事实上的工业标准。Linux  的网络实现支持 BSD 套接字，支持全部的TCP/IP协议。Linux内核的网络部分由BSD套接字、网络协议层和网络设备驱动程序组成。 
    网络设备驱动程序负责与硬件设备通讯，每一种可能的硬件设备都有相应的设备驱动程序。

 

二。 linux内核编译

准备工作

• 虚拟机安装 cenos7操作系统
• 下载内核源代码 （https://www.kernel.org/）下载 3.18.124 [EOL] 
• 安装开发工具组 （yum groupinstall 开发工具 ）主要是安装 gcc和make
• 安装编译需要依赖包 （yum -y install bc ncurses-devel） ncurses-devel在配置时使用， bc在编译过程中用到

解压内核源代码 linux-3.18.124.tar.xz
比如我现在将源代码存放在 /root目录下

xz -d linux-3.18.124.tar.xz 
tar xf linux-3.18.124.tar

 源码目录简介

其源码主要有以下目录（介绍重要目录）：

a)        Arch目录：存放处理器相关的代码。下设子目录，分别对应具体的CPU，每个子目录有boot，mm，以及kernel三个子目录，分别对应系统引导以及存储管理，和系统调用

b)        Include目录：内核所需要的大部分头文件目录。与平台无关的在include/linux子目录下，与平台相关的则放在include相应的子目录中。

c)        fs目录：存放各种文件系统的实现代码。

d)        init目录：init子目录包含核心的初始化代码（不是系统的引导代码）。其包含两个文件main.c和version.c，可以用来研究核心如何工作。

e)        ipc目录：包含核心进程间的通信代码。

f)         kernel目录：包含内核管理的核心代码。与硬件相关代码放在arch/*/kernel目录下。

g)        mm目录：包含了所有的内存管理代码。与硬件相关的内存管理代码位于arch/*/mm目录下。

h)        scripts目录：包含用于配置核心的脚本文件。

i)          lib目录：包含了核心的库代码，与硬件相关的库代码被放在arch/*/lib/目录下

编译安装

1.内核编译清除（清除之前编译的历史记录）

 make clean

移除到生成的所有文件 不会删除.config配置文件 

 make mrproper

移除到生成的所有文件，同时删除.config配置文件

 make distclean

移除到生成的所有文件，同时删除.config配置文件 还有一些编辑都的剩余文件等

2 通过各种方式来选择要编译的内核模块 

1、make config 
是文本式，对话式，基于命令行的一种配置。 
2、make menuconfig 
这是有菜单选项以及有辅助图形界面的配置，基于ncurses库。（推荐使用） 
3、make oldconfig 
使用旧的(之前)的配置 
4、make xconfig 
真正意义上的用到了图形界面的配置，使用的是QT的库。由于会加载额外的库，并不是用得很多。 
5、make deconfig 
直接使用某个默认的配置，和配置内容相关，与使用何种配置方式无关。 
6、make gconfig 
也是使用的图形界面，用到的是GTK的库。

自己安装的非图形界面的cenos7 所以选择 make menuconfig （一定安装ncurses-devel）打开后效果

注意你选择了某个 源代码根目录下 .config就会添加该模块 如果一个个选择会需要完全读懂内核全部模块 我们可以从
当前的centos7中拷贝一个现成的.config文件
查看config文件

[root@localhost linux-3.18.124]# ls /boot
config-3.10.0-862.el7.x86_64

进入源代码解压目录 将这个文件拷贝到 内核源代码根目录 （注意拷贝后的名字一定是.config）

cp /boot/config-3.10.0-862.el7.x86_64 ./.config

拷贝后
需要使用 make menuconfig 打开 并且 tab键 切换到 <Save>保存一下 否则 你编译 还会走一遍选择内核模块的过程

3.开始编译内核（这个过程大概需要需要1-2个小时 吃个饭在回来，），输入 

make 

编译内核模块，

make modules

安装内核模块（会在/lib/modules目录下生成以版本号命名的文件模块 ）

make modules_install 

查看/lib/modules目录
 

[root@localhost linux-3.18.124]# ls /lib/modules
3.10.0-862.el7.x86_64  3.18.124

安装内核文件（在/boot/目录下生成了一个vmlinuz-3.18.63的内核文件）

make install 

查看 /boot目录

[root@localhost linux-3.18.124]# ls /boot | grep vmlin
vmlinuz
vmlinuz-0-rescue-dcc6265d399e4dfaae58eb318b4c6143
vmlinuz-3.10.0-862.el7.x86_64
vmlinuz-3.18.124

至此编译完成。重启系统，就会多了新编译内核的选择。