8-Linux内核的裁剪与移植

1嵌入式操作系统适用专业：物联网工程任课教师：兰方鹏联系方式：13453194233E-mail：[e-mail]：275392011TaiyuanUniversityofTechnology太原理工大学·计算机科学与技术学院2Linux内核的裁剪与移植Linux内核简介Linux内核源码结构Linux进程通信Make工程管理器配置NFS服务器3Linux内核简介Linux体系结构图：4Linux内核简介Linux系统两大部分构成：UserSpace：用户空间KernelSpace：内核空间Linux系统为什么要划分为用户空间和内核空间呢?X86系统下的CPU具有4个不同的运行级别：Ring0-Ring3；Ring0下，可以执行特权指令，Ring3下则有很多限制。Linux系统利用了CPU的这一特性，使用了两级来分别运行应用程序和Linux内核：其目的是：使得操作系统本身得到充分的保护。5Linux内核简介Linux内核空间与用户空间是程序执行的两种不同状态，通过系统调用和硬件中断能够完成从用户空间到内核空间的转移。6Linux内核简介Linux内核架构：7Linux内核简介SystemCallInterface(SCI)为用户提供了一套标准的系统调用函数来访问Linux内核，搭建了用户空间到内核空间的桥梁。ProcessManagement(PM)进程管理实现进程创建、调度、进程通信等MemoryManagement(MM)内存管理主要是控制多个进程安全地共享内存区域8Linux内核简介NetworkStack网络协议栈为Linux提供了丰富的网络协议实现DeviceDrivers(DD)Liunx内核中有大量代码都在设备驱动程序中，它们控制特定的硬件设备。9Linux内核简介VirtualFileSystem(VFS)VFS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。10Linux内核源码结构目录结构Linux内核源代码采用树形结构进行组织，非常合理地把功能相关的文件都放在同一个子目录下，使得程序更具可读性。11Linux内核源码结构内核代码下载地址:内核-目录结构archarch是architecture的缩写。内核所支持的每种CPU体系，在该目录下都有对应的子目录。每个CPU的子目录，又进一步分解为boot(系统引导程序)、mm(内存管理)、lib(硬件相关工具函数)和kernel(系统调用)等子目录。block部分块设备驱动程序crypto加密、压缩、CRC校验算法documentation内核的文档13Linux内核-目录结构drivers设备驱动程序。init内核初始化代码ipc进程间通信的实现代码kernelLinux大多数关键的核心功能（进程控制、调度程序、模块化）都在这个目录实现lib库文件代码14Linux内核-目录结构samples内核编程的范例scripts配置内核的脚本securitySElinux的模块sound音频设备的驱动程序vir内核虚拟机15Linux内核-目录结构net网络协议的是实现代码802appletalk8021qbridgeipv4ipv6bluetoothethernetwanrouter16Linux内核-目录结构fs存放各种文件系统的实现代码，每个子目录对应一种文件系统的实现。devpts//dev/pts虚拟文件系统ext2ext3fat//windows文件系统isofs//ISO9660光盘CDROM上的文件系统vfat//MS-DOS文件系统nfs//网络文件系统17include存放内核所需要的头文件linux//存放和平台无关的头文件asm-i386//和平台相关的头文件netvideosoundscsiconfigasmLinux内核-目录结构18Linux内核-配置内核Linux内核内核是操作系统的核心。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。内核源代码公开linux的一个重要的特点就是其源代码的公开性，所有的内核源程序都可以在/usr/src/kernels/xxxx下找到，大部分应用软件也都是遵循GPL而设计的。19Linux内核-配置内核便于深入学习操作系统：我们可以了解系统是如何工作的。通过通读源代码，我们就可以了解系统的工作原理，这在Windows下简直是天方夜谭。内核源代码公开的意义修补漏洞的快速以及对最新软件技术的利用量体裁衣，定制适合自己的系统，这样就需要重新编译内核为什么要重新编译内核？自己定制编译的内核运行更快、更稳定（具有更少的代码）不需要的功能编译进入内核可能会增加被系统攻击者利用的漏洞将某种功能编译为模块方式会比编译到内核内的方式速度要慢一些更新的内核会支持更多的硬件，并且一般会修复老版本中发现的许多漏洞等20Linux内核-配置与编译Linux内核版本号Linux的源程序是完全公开的，任何人只要遵循GPL，就可以对内核加以修改并发布给他人使用，为了确保这些无序的开发过程能够有序地进行，Linux采用了双树系统。一个树是稳定树（stabletree），另一个树是非稳定树（unstabletree）或者开发树（developmenttree）。一些新特性、实验性改进等都将首先在开发树中进行。如果在开发树中所做的改进也可以应用于稳定树，那么在开发树中经过测试以后，在稳定树中将进行相同的改进。一旦开发树经过了足够的发展，开发树就会成为新的稳定树。开发数就体现在源程序的版本号中源程序版本号的形式为x.y.z：对于稳定树来说，y是偶数；对于开发树来说，y比相应的稳定树大1（因此，是奇数）21Linux内核-配置与编译下载最新内核:linux-3.13.6.tar.xz下载xz-5.0.3.tar.bz2解压工具，然后编译安装解压linux-3.13.6.tar.xz文件#xz-dlinux-3.13.6.tar.xz#tarxvflinux-3.13.6.tar22Linux内核-定制步骤内核定制步骤：makeclean1.清除临时文件、中间文件和配置文件removemostgeneratedfilesbutkeeptheconfigmakemrproperremoveallgeneratedfilesandconfigfilesmakedistcleanmrproper+removeeditorbackupandpathcfiles注意：以上命令的执行必须在linux-3.13.6目录下进行23内核定制步骤：2.确定目标系统的软硬件配置情况：CPU的类型、网卡型号、所需支持的协议等。makeconfig：基于文本模式的交互式配置makemenuconfig:基于文本模式的菜单型配置(推荐使用)3.使用如下命令之一配置内核：makeoldconfig:使用已有的配置文件(.config)，但是会询问新增的配置选项makexconfig:图形化的配置(需要安装图形化系统)Linux内核-定制步骤24使用方向键在各个选项间移动使用“Enter”键进入下一层选项[]选项：“空”和“*”选项：“空”、“*”和“M”()选项：在你所提供的几个选项中选一项y：将这个项目编译进内核m：将这个项目编译为模块n：不选择空格：在y、m、n中切换h：显示选项的帮助信息两次ESC：返回到上层选项makemenuconfig：X86平台makemenuconfigARCH=armCROSS_COMPILE=arm-linux-ARM平台Linux内核-定制步骤25Y：编译到内核中（build-in）N：编译成模块（module），动态调用内核编译模式Linux内核-定制步骤编译策略的选择编译到内核中，在内核启动时就可以自动支持相应部分的功能，这样的优点是方便、速度快，机器一启动，就可以使用这部分功能了；缺点是会使内核变得庞大起来，不管是否需要这部分功能，它都会存在，这就是Windows惯用的招数，建议经常使用的部分直接编译到内核中，比如网卡。编译成模块，就会生成对应的.o文件，在使用的时候可以动态加载，优点是不会使内核过分庞大，缺点是使用时需要调用这些模块。26配置菜单中配置项的选择：内核配置通常在一个已有的配置文件基础上，通过修改得到新的配置文件Linux内核提供了一系列可供参考的内核配置文件，该文件位于：arch/arm/configs选择相应的配置文件拷贝过来：#cps3c6400_defconfig../../../.config#cp/boot/config-2.6.18-53.el5.config修改该配置文件#makemenuconfigARCH=armCROSS_COMPILE=arm-linux-Linux内核-定制步骤#makemenuconfig274.编译内核：makezImagemakebzImagemakeuImageARCH=armCROSS_COMPILE=XXXarm-linux-在x86平台，zImage只能用于小于512K的内核内核映像分为压缩的内核映像和未压缩的内核映像：压缩的内核映像文件名为zImage或Image，位于：arch/arm/boot/未压缩的内核映像文件名为vmlinux，位于源码树的根目录中内核定制步骤：Linux内核-定制步骤28编译内核时可能出现的问题：编译环境：VmWare的Linux+WindowsXP+vmhgfs文件共享错误描述：ln:creatingsymboliclinkXXXXXX:Operationnotsupported错误原因：由于在编译的时候，要用ln去建立一些软链接，而这些文件是从Windows中通过VMWare虚拟机共享进Linux的，而虽然此种操作在Linux系统中很常见，但Windows不支持，所以编译会报错。解决方法：把共享目录拷贝到linux系统中或者搭建samba服务器Linux内核-定制步骤295.编译内核模块：makemodules安装过程可能较长内核定制步骤：6.安装内核模块：makemodules_install这个命令实际上是把编译好的内核模块从内核源代码目录拷贝到/lib/modules目录下Linux内核-定制步骤307.制作initramdisk：mkinitrdinitrd-$version$versionmkinitrdinitrd-2.6.292.6.29$version可以通过查询/lib/modules下的目录得到内核定制步骤：initrd是在实际根文件系统可用之前挂载到系统中的一个初始根文件系统，initrd是一个临时的文件系统，在没有存储设备的嵌入式系统中，initrd可以是永久的根文件系统。使用initrd的主要原因是在内核启动之后能够判断哪些硬件驱动需要加载，文件系统有没有问题，最终使得根分区能顺利挂载。Ubuntu、Debian使用mkinitramfs命令Linux内核-定制步骤311.拷贝内核映像文件到相应的目录cparch/x86/boot/bzImage/boot/vmlinuz-$version内核安装步骤：Linux内核-安装2.拷贝ramdisk文件到相应的目录cp$initrd/boot/3.修改配置文件修改/etc/grub.conf或者：修改/boot/grub/grub.conf32grub配置文件/etc/grub.confLinux内核-安装default