Linux内核编译与加载

Love The Way You Lie 2022-09-11 11:25 223阅读 0赞

### Linux内核编译与加载 ###

1.  内核目录结构
    
    <table> 
     <thead> 
      <tr> 
       <th>目录</th> 
       <th>说明</th> 
      </tr> 
     </thead> 
     <tbody> 
      <tr> 
       <td>arch</td> 
       <td>硬件体系结构代码，每种平台占用一个目录，如I386、arm、mips。板级支持代码</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>block</td> 
       <td>块设备驱动程序IO调度</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>crypto</td> 
       <td>常用加密散列算法、校验算法</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>documentation</td> 
       <td>内核说明文档</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>drivers</td> 
       <td>设备驱动程序，各驱动类型占用一个目录，如char、block、net、mtd、i2c等</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>fs</td> 
       <td>支持的文件系统，如EXT、FAT、NTFS、JFFS2</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>include</td> 
       <td>头文件，系统相关头文件放到include/linux下</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>init</td> 
       <td>内核初始化代码</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>ipc</td> 
       <td>进程间通信代码</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>kernel</td> 
       <td>内核最核心的部分，如进程调度、定时器</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>lib</td> 
       <td>库文件</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>mm</td> 
       <td>内存管理</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>net</td> 
       <td>网络</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>scripts</td> 
       <td>配置和编译内核的脚本</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>security</td> 
       <td>主要是SELinux模块</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>sound</td> 
       <td>常用音频设备的驱动核心代码、一些常用设备驱动</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td>usr</td> 
       <td>实现用于打包和压缩的cpio等</td> 
      </tr> 
     </tbody> 
    </table>
2.  编译前配置内核
    
     *  make config  
        基于文化的传统配置界面，不推荐使用
     *  make menuconfig  
        基于文本菜单的配置界面
     *  make xconfig  
        安装QT后可用
    
    配置内核时，配置工具是分析/arch/xxx/Kconfig文件，Kconfig文件中可引入其他的Kconfig文件，逐层加载。
3.  Kconfig文件配置项格式
    
    如在/drivers目录增加一个驱动文件，ttyprintk.c
    
        config TTY_PRINTK
        		tristate "TTY driver to output user messages via printk"
        		depends on EXPERT && TTY
        		default n
        		---help---
        		If you say Y here, the support for writing user messages via printk is available.
    
     *  TTY\_PRINTK是新增的一个配置项目，可配置为Y、M、N。Y表示编译到内核，M表示编译为模块（.ko文件）,N表示不编译。在Makefile文件中，使用TTY\_PRINT的值，选择最终的编译方式
     *  tristate是配置项数据类型，后面可接输入提示  
        数据类型还有：bool、tristate、string、hex、int
        
        类型定义后可紧跟输入提示，下面两种方式等价
        
            bool "Network support"
        
            bool
            prompt "Network support"
     *  depends on表示该配置需要依赖的其他配置项，只有依赖的其他配置项可用时，本配置项才可用
        
        depends on和requires等价
     *  default是该配置项的默认值
     *  help是配置的详细说明

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5Y-25peg57y6_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]

*  选择关系
    
        select <symbol> [if <expr>]
    
    如果选择了B，则A自动被选中
 *  数据范围定义
    
        range <symbol> <symbol> [if <expr>]
 *  菜单项
    
        menu "Network device support"
            depends on NET
        config XXX1
        ...
        endmenu
    
    所有处于menu和endmenu之间的配置项都属于Network device support的菜单下，子菜单会继承父菜单的依赖关系
 *  多项选择其一
    
        choice
        depends on FB_S3C
        prompt "XXX"
        default FB_S3C_VGA_1024_768
        config FB_S3C_VGA_1024_768
            bool "1024*768 60Hz"
            TBA
        config FB_S3C_VGA_640_480
            bool "640*480 60Hz"
            TBA
        endchoice

Kconfig的配置项和Makefile的详细说明，查看说明文件

Documentation/kbuild/Kconfig-language.txt
    Documentation/kbuild/MakeFiles.txt

1.  Makefile对Kconfig配置项的使用
    
        obj-y                       += mem.oobj-n                       += raw.o...obj-$(CONFIG_TTY_PRINTK)    += ttyprintk.o...
    
    上面的Makefile说明，当CONFIG\_TTY-PRINTK被配置为Y或M时，则编译ttyprintk.c文件，当为Y时编译到内核，当为M时编译为模块ttyprintk.ko，当为N时不编译。
    
    obj-y 表示文件直接编译到内核
    
    obj-n 表示文件不编译
    
    obj-m 表示文件编译为模块
2.  驱动开发代码位置
    
     *  drivers目录的相应子目录下增加驱动代码
     *  arch/arm/match-xxx下增加板级支持代码
     *  同时修改相应目录下的Kconfig配置脚本和Makefile脚本
3.  kbuild
    
    内核的编译系统，解析Makefile文件，.config配置项，执行编译
4.  Makefile多文件模块编译
    
    一个.o文件可以是一个.c文件编译生成，也可以是多个.c文件编译后链接到同一个.o文件。如下ext2模块，包含多个.c文件
    
        obj-$(CONFIG_EXT2_FS)   += ext2.oext2-y                  += balloc.o dir.o file.o fsync.o ialloc.o inode.o \                           ioctl.o namei.o super.o symlink.oext2-$(CONFIG_EXT2_FS_POSIX_ACL) += acl.o
    
    当配置了CONFIG\_EXT2\_FS后，编译模块ext2，多个目标文件balloc.o dir.o等最终链接生成ext2.o。如果CONFIG\_EXT2\_FS\_POSIX\_ACL配置了，则还会增加链接acl.o。
5.  Makefile编译模块目录迭代
    
        obj-$(CONFIG_EXT2_FS)  += ext2/
    
    当CONFIG\_EXT2\_FS的值为y或m时，kbuild会把ext2目录列入向下迭代的目标中

### 2. 新增驱动代码目录加入到内核编译 ###

1.  新建代码目录
    
    drivers/test
2.  编写驱动代码
    
    test.c
3.  编写Kconfig
    
    drivers/test/Kconfig
    
        menuconfig CONFIG_TESTbool "compile test"default n---help---compile test help textendmenu
4.  编写Makefile
    
    drivers/test/Makefile
    
        obj-$(CONFIG_TEST)   += test.o
5.  使这个Kconfig有效
    
    修改arch/arm/Kconfig文件，增加
    
        source "drivers/test/Kconfig"
6.  使编译命令找到test目录
    
    修改test父目录下的Kconfig，增加
    
        obj-$(CONFIG_TEST)   += test/
7.  make menuconfig
8.  make -j8

### 3. 内核的引导流程 ###

#### 3.1 内核引导流程 ####

1.  CPU内部潜入了bootrom，上电时bootrom运行
2.  CPU0会取引导bootloader，其他CPU等待CPU0唤醒
3.  bootloader引导Linux内核
4.  Linux内核运行第一个用户空间进程init。init进程派生其他进程
5.  init程序有busybox init、SysVinit、systemd等，他们的职责类似，就是把整个系统启动，最后形成一个进程树。如下图
    
    \[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mjxS08Qs-1631768616346)(C:\\Users\\mxlei\\AppData\\Roaming\\Typora\\typora-user-images\\image-20210903130357225.png)\]

#### 3.2 U-Boot ####

嵌入式Linux中最流行的bootloader引导程序，可以从USB、网络、Flash、SD卡等多种方式启动内核。其主要组成部分是DTB文件（Device Tree Blob）和内核镜像文件（ZImage或UImage）

*  Zimage
    
    没有压缩的解压算法+被压缩的内核
 *  UImage
    
    压缩的解压算法+被压缩的内核
 *  DTS（Device Tree Source）
    
    设备树源文件，人类可读
 *  DTB（Device Tree Blob）
    
    由DTS编译后生成的文件
 *  DTC（Device Tree Compiler）
    
    Linux内核提供的工具，编译DTS文件。
    
        script/dtc/dtc

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