你知道kernel version的实现原理和细节吗

以你之姓@ 2022-09-14 00:22 229阅读 0赞

# 引言 #

kernel 启动时通常会看到下面第二行信息的内容，它们代表了当前 kernel 的版本、编译工具版本、编译环境等信息。

Booting Linux on physical CPU 0x0
    Linux version 5.4.124+ (funny@funny) (gcc version 6.5.0 (Linaro GCC 6.5-2018.12)) #30 SMP Sat Sep 11 11:10:28 CST 2021
    ......

要知道，系统启动过程中的任何一条打印信息，都是经过了无数次讨论和验证才呈现在大家的面前。看似无关紧要的一条信息，但背后却隐藏着非常有趣的故事。

# 为什么要打印version信息 #

当系统启动之后有很多种方式能够确定内核版本号信息，在嵌入式或安卓 kernel 系统下，查看版本信息：

*  uname

[root@cpu ]# uname -a
    Linux cpu 5.4.124+ #30 SMP Sat Sep 11 11:10:28 CST 2021 armv7l GNU/Linux
    [root@cpu ]#

*  proc/version

[root@cpu ]# cat /proc/version
    Linux version 5.4.124+ (funny@funny) (gcc version 6.5.0 (Linaro GCC 6.5-2018.12)) #30 SMP Sat Sep 11 11:10:28 CST 2021
    [root@cpu ]#

在发行版 linux 系统环境下，还可以用下面的命令查看版本信息：

*  hostnamectl

funny@funny:~$ hostnamectl
       Static hostname: funny
             Icon name: computer-vm
               Chassis: vm
      ...
        Virtualization: vmware
      Operating System: Ubuntu 16.04.7 LTS
                Kernel: Linux 4.15.0-142-generic
          Architecture: x86-64
    funny@funny:~$

*  lsb\_release

No LSB modules are available.
    Distributor ID: Ubuntu
    Description:    Ubuntu 16.04.7 LTS
    Release:        16.04
    Codename:       xenial

以上方法都是系统启动正常、加载完文件系统之后使用的。  
那么，系统启动过程中是否有必要打印内核版本信息呢？答案是完全有必要。

**例如下面列出的几种应用场景：**

1.  SoC 芯片的 kernel 适配
2.  可装载驱动程序调试
3.  多分支内核版本加载
4.  内核伪装

# kernel version实现原理 #

kernel version这条打印信息来源于start\_kernl()中的linux\_banner字符串。

asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
    {
    ...
     boot_cpu_init();
     page_address_init();
     pr_notice("%s", linux_banner);
    ...

这里的banner好比是ubuntu系统里的ssh登录横幅一样，呈现了系统的一些基本信息。

Welcome to Ubuntu 16.04.7 LTS (GNU/Linux 4.15.0-142-generic x86_64)
    
     * Documentation:  https://help.ubuntu.com
     * Management:     https://landscape.canonical.com
     * Support:        https://ubuntu.com/advantage
    
     * Super-optimized for small spaces - read how we shrank the memory
       footprint of MicroK8s to make it the smallest full K8s around.
    
       https://ubuntu.com/blog/microk8s-memory-optimisation
    ...

banner字符串的定义位于init/version.c中，注意，它是一个只读字符串，不要去修改它。

const char linux_banner[] =
     "Linux version " UTS_RELEASE " (" LINUX_COMPILE_BY "@"
     LINUX_COMPILE_HOST ") (" LINUX_COMPILER ") " UTS_VERSION "\n";

由以下几部分组成：

*  **UTS\_RELEASE**  
    对应"5.4.124+"
 *  **LINUX\_COMPILE\_BY**  
    对应"funny"，我的编译机funny
 *  **LINUX\_COMPILE\_HOST**  
    对应"funny"，我的编译机Host是funny
 *  **LINUX\_COMPILER**  
    对应"gcc version 6.5.0 (Linaro GCC 6.5-2018.12"
 *  **UTS\_VERSION**  
    对应"\#30 SMP Sat Sep 11 11:10:28 CST 2021"  
    UTS:Unix Time Stamp，从这个名字可以看出linux中的UNIX印记。

***接下来对这些字符串逐条进行解析***

上面这些宏的第一级定义位于./scripts/mkcompile\_h文件中。

{ echo /\* This file is auto generated, version $VERSION \*/
      if [ -n "$CONFIG_FLAGS" ] ; then echo "/* $CONFIG_FLAGS */"; fi
    
      echo \#define UTS_MACHINE \"$ARCH\"
    
      echo \#define UTS_VERSION \"`echo $UTS_VERSION | $UTS_TRUNCATE`\"
    
      echo \#define LINUX_COMPILE_BY \"`echo $LINUX_COMPILE_BY | $UTS_TRUNCATE`\"
      echo \#define LINUX_COMPILE_HOST \"`echo $LINUX_COMPILE_HOST | $UTS_TRUNCATE`\"
    
      echo \#define LINUX_COMPILER \"`$CC -v 2>&1 | grep ' version ' | sed 's/[[:space:]]*$//'`\"
    } > .tmpcompile

**UTS\_VERSION**

UTS_VERSION="#$VERSION"
    CONFIG_FLAGS=""
    if [ -n "$SMP" ] ; then CONFIG_FLAGS="SMP"; fi
    if [ -n "$PREEMPT" ] ; then CONFIG_FLAGS="$CONFIG_FLAGS PREEMPT"; fi
    if [ -n "$PREEMPT_RT" ] ; then CONFIG_FLAGS="$CONFIG_FLAGS PREEMPT_RT"; fi
    UTS_VERSION="$UTS_VERSION $CONFIG_FLAGS $TIMESTAMP"

**LINUX\_COMPILE\_BY**  
**LINUX\_COMPILE\_HOST**  
**LINUX\_COMPILER**

if test -z "$KBUILD_BUILD_USER"; then
             LINUX_COMPILE_BY=$(whoami | sed 's/\\/\\\\/')
     else
             LINUX_COMPILE_BY=$KBUILD_BUILD_USER
     fi
     if test -z "$KBUILD_BUILD_HOST"; then
             LINUX_COMPILE_HOST=`hostname`
     else
             LINUX_COMPILE_HOST=$KBUILD_BUILD_HOST
     fi

**UTS\_RELEASE --- 重点分析这个宏的来源**  
这是一个在kernel顶层Makefile中定义的一个宏，如下：

uts_len := 64
    define filechk_utsrelease.h
            if [ `echo -n "$(KERNELRELEASE)" | wc -c ` -gt $(uts_len) ]; then \
              echo '"$(KERNELRELEASE)" exceeds $(uts_len) characters' >&2;    \
              exit 1;                                                         \
            fi;                                                               \
            echo \#define UTS_RELEASE \"$(KERNELRELEASE)\"
    endef

提高make的打印等级可以看到，上面的脚本内容经过翻译之后如下：

if [ `echo -n "5.4.124+" | wc -c ` -gt 64 ]; then echo '"5.4.124+" exceeds 64 characters' >&2; exit 1; fi; echo \#define UTS_RELEASE \"5.4.124+\"; }

现在可以确定KERNELRELEASE就是从kernel.release文件中获取到的。打开kernel.release确认一下：

![89939cc258658608f1be7b4b9f8cd8e0.png][]

其中`KERNELRELEASE`对应`5.4.124+`。

**KERNELRELEASE又是怎么来的呢？**  
KERNELRELEASE同样也是在Makefile中定义的、自动生成的字符串，它可以在多个地方被修改。在Makefile中查找KERNELRELEASE字符串，看见它是由下面这条命令生成的。

KERNELRELEASE = $(shell cat include/config/kernel.release 2> /dev/null)

这条命令里的`2>/dev/null`的含义是：若cat失败即没有取到文件内容，那么将错误信息输出到黑洞文件。  
通过下面命令验证：

funny@funny:~$ cat funny.txt
    funny? yeah
    funny@funny:~$ B=$(cat funny.txt 2> /dev/null)
    funny@funny:~$ echo $B
    funny? yeah
    funny@funny:~$

一切准备就绪之后，通过下面的代码将UTS\_RELEASE更新到utsrelease.h中。

1195 include/generated/utsrelease.h: include/config/kernel.release FORCE
    1196         $(call filechk,utsrelease.h)

其中filechk的定义位于scripts/Kbuild.include

define filechk
            $(Q)set -e;                                             \
            mkdir -p $(dir $@);                                     \
            trap "rm -f $(dot-target).tmp" EXIT;                    \
            { $(filechk_$(1)); } > $(dot-target).tmp;               \
            if [ ! -r $@ ] || ! cmp -s $@ $(dot-target).tmp; then   \
                    $(kecho) '  UPD     $@';                        \
                    mv -f $(dot-target).tmp $@;                     \
            fi
    endef

而utsrelease.h中内容如下：

linux$ cat ./obj/include/generated/utsrelease.h
    #define UTS_RELEASE "5.4.124+"
    linux$

这就是我们内核启动过程中打印出来的kernel version信息。

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