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本文最后更新于 2022-10-21，文中内容可能已过时。
Linux Kernel
内核（kernel）
内核版本
在 https://www.kernel.org/ 上可以看到最新的稳定版，在我写文时最新版本是 5.16.15
内核编译
安装编译所需的库
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| sudo apt-get install libncurses5-dev build-essential kernel-package ibdw-dev dwarves zstd libssl-dev libelf-dev
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内核文件下载与解压
想要编译内核，首要的肯定是先把源码下载下来，这里给出几个下载地址（镜像站）。在我的网络环境下，北京交通大学的镜像站速度最快。
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| https://www.kernel.org/pub/
https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel
https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/
https://mirror.bjtu.edu.cn/kernel/linux/kernel/
https://mirrors.ustc.edu.cn/kernel.org/linux/kernel/
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我这里选择的是我编写文章时的最新版
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| linux-5.16.15.tar.xz 121.7 MiB 2022-03-16 21:36
https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/v5.x/linux-5.16.15.tar.xz
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使用 wget 对文件进行下载，使用 tar 对压缩包进行解压
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| wget https://mirror.bjtu.edu.cn/kernel/linux/kernel/v5.x/linux-5.16.15.tar.gz
tar -xzvf linux-5.16.15.tar.gz
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编译选项配置
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| cd linux-5.16.15
make menuconfig
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打开后会出现这样的界面，可以在里面来调整一些编译选项，具体操作可以看顶部的介绍。
我们这里开启调试相关的选项
勾选 Kernel hacking -> Compile-time checks and compiler options -> Compile the kernel with debug info，现在似乎是默认开启的。
如果需要使用 kgdb 调试内核，则需要选中 Kernel hacking -> Generic Kernel Debugging Instruments -> KGDB: kernel debugger 下的所有选项，我这里暂时不需要，故不开启。
全部设置完毕后，选择 Save 保存设置。
编译内核
可以根据机器的核数来选择具体配置，编译过程大概十分钟左右。
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| 编译主体
sudo make bzImage -j8
编译模块
sudo make modules -j8
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编译成功后会提示，本机是 x86 的，默认编译了 x86 的内核
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| Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready (#3)
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坑点
make[1]: *** 没有规则可制作目标“debian/canonical-certs.pem”，由“certs/x509_certificate_list” 需求。 停止。
搜索到一些相关内容，似乎是因为编译机器不是 Debian 系统，这个位置没有证书，解决方案如下
搜索到以下配置项并修改为
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| CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS=""
CONFIG_SYSTEM_REVOCATION_KEYS=""
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交叉编译 ARM64
编译过程有少许的不同
从 ARM64 路径下复制默认配置
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| cp ./arch/arm64/configs/defconfig .config
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配置选项
在原来的编译命令上，添加 ARCH 来指定目标指令集
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| make menuconfig ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
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编译内核
从 bzImage 变成了 Image，编译后在根目录下会产生 vmlinux*，arch/arm64/boot/ 下会产生 Image 和 Image.gz
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| make Image -j8 ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
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内存文件系统（initrd）
BusyBox
可以使用 busybox 来构建一个简单的文件系统
编译 BusyBox
在 https://busybox.net/ 可以找到 busybox 的最新版本，我这里编译 BusyBox 1.35.0
下载源码
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| wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.35.0.tar.bz2
tar -xvf busybox-1.35.0.tar.bz2
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配置
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| cd busybox-1.35.0
make menuconfig
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- 在 Setttings 选中 Build static binary (no shared libs)，将 busybox 编译为静态链接的文件
- 在 Linux System Utilities 中取消选中 Support mounting NFS file systems on Linux < 2.6.23 (NEW)，关闭网络文件系统
- 在 Networking Utilities 中取消选中 inetd，关闭 Internet 超级服务器
编译
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| make -j8
make install
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在源码根目录下就会有一个 _install 目录，下面存放着编译好的文件
BusyBox 交叉编译
对于 busybox 来说，在 menuconfig 中就可以直接配置交叉编译，具体位置在 Settings -> Cross compiler prefix，可以将其设置为 aarch64-linux-gnu- (对于编译 aarch64 来说)
配置后和原来一样编译就可以得到一份 aarch64 架构的 busybox
配置文件系统
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| cd _install
mkdir -p proc sys dev etc/init.d
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添加启动文件，并且加上可执行权限
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| gedit etc/init.d/rcS
chmod +x etc/init.d/rcS
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init 文件内容
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| #!/bin/sh
echo "INIT SCRIPT"
mkdir /tmp
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
mount -t devtmpfs none /dev
mount -t debugfs none /sys/kernel/debug
mount -t tmpfs none /tmp
echo -e "Boot took $(cut -d' ' -f1 /proc/uptime) seconds"
setsid /bin/cttyhack setuidgid 1000 /bin/sh
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打包文件系统
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| find . | cpio -o --format=newc > ../rootfs.img
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Buildroot
https://buildroot.org/download.html
Buildroot 下载与解压
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| wget https://buildroot.org/downloads/buildroot-2022.02.tar.xz
tar -xvf buildroot-2022.02.tar.x
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编译选项配置
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| cd buildroot-2022.02
make menuconfig
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在弹出的配置界面中：
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| Target options ---> 选择目标板架构特性。
Build options ---> 配置编译选项。
Toolchain ---> 配置交叉工具链，使用buildroot工具链还是外部提供。
System configuration ---> 配置生成的根文件系统中所需功能
Kernel ---> 配置kernel是否编译以及编译选项
Target packages ---> 配置生成的根文件系统中的工具以及库
Filesystem images ---> 配置生成的根文件系统的格式，是ext2还是其他
Bootloaders ---> 配置使用哪种bootloader以及编译选项，uboot只是其中一种
Host utilities ---> 主机使用功能
Legacy config options ---> 以前遗留的配置选项
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交叉编译
Target option ---> Target Architecture 为 AArch64 (little endian)Toolchain ---> Toolchain type 为 External toolchain，这时我们可以看到 Toolchain ---> Toolchain 的值为 Arm AArch64 xxxx.xx
设置密码
System configuration ---> Enable root login with password 开启System configuration ---> Root password 为 xxxx（任意的你喜欢的密码）
交叉编译
System configuration ---> Run a getty (login prompt) after boot ---> TTY port 的值为 ttyAMA0（这一条非常重要，不然虚拟机可能启动不了，如果出现 can’t open /dev/ttyAMA0: No such file or directory，就改回 console）Target packages ---> Show packages that are also provided by busybox 开启Target packages ---> Debugging, profiling and benchmark ---> strace 开启Filesystem images ---> cpio the root filesystem 开启。
启动欢迎语
System configuration ---> System hostnameSystem configuration ---> System banner
配置网卡 DHCP
System configuration ---> Network interface to configure through DHCP
编译源码
编译过程中使用到 wget，可能需要代理
坑点
gdb 编译失败
报错内容为 错误： ‘LONG_MIN’未声明(在此函数内第一次使用)
尝试添加以下 PATCH
buildroot/package/gdb/版本/0007-fix-LONG_MIN-undefined-in-libiberty.patch
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| From 5385e269c6ce1e0525628f378942315442a5841e Mon Sep 17 00:00:00 2001
From: zhongw <service@t-firefly.com>
Date: Sat, 21 Dec 2019 10:08:28 +0800
Subject: [PATCH] fix LONG_MIN undefined in libiberty
Signed-off-by: zhongw <service@t-firefly.com>
---
libiberty/fibheap.c | 16 ++++++++++++++++
1 file changed, 16 insertions(+)
diff --git a/libiberty/fibheap.c b/libiberty/fibheap.c
index a37ee4e..b344b17 100644
--- a/libiberty/fibheap.c
+++ b/libiberty/fibheap.c
@@ -34,6 +34,22 @@ Boston, MA 02110-1301, USA. */
#include "libiberty.h"
#include "fibheap.h"
+/* FIXME: It'd be nice to configure around these, but the include files are too
+ painful. These macros should at least be more portable than hardwired hex
+ constants. */
+
+#ifndef ULONG_MAX
+#define ULONG_MAX ((unsigned long)(~0L)) /* 0xFFFFFFFF */
+#endif
+
+#ifndef LONG_MAX
+#define LONG_MAX ((long)(ULONG_MAX >> 1)) /* 0x7FFFFFFF */
+#endif
+
+#ifndef LONG_MIN
+#define LONG_MIN ((long)(~LONG_MAX)) /* 0x80000000 */
+#endif
+
#define FIBHEAPKEY_MIN LONG_MIN
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buildroot/package/gdb/版本/0008-fix-to-use-fcntl-include-in-libiberty.patch
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| From 9dbe3dd463ac209cf9dc99d83e9446ca743ad0ec Mon Sep 17 00:00:00 2001
From: zhongw <service@t-firefly.com>
Date: Sat, 21 Dec 2019 10:17:55 +0800
Subject: [PATCH] fix to use fcntl include in libiberty
Signed-off-by: zhongw <service@t-firefly.com>
---
libiberty/pex-unix.c | 4 ++++
1 file changed, 4 insertions(+)
diff --git a/libiberty/pex-unix.c b/libiberty/pex-unix.c
index b48f315..b27d699 100644
--- a/libiberty/pex-unix.c
+++ b/libiberty/pex-unix.c
@@ -28,6 +28,10 @@ Boston, MA 02110-1301, USA. */
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>
+
+/* Define to 1 if you have the <fcntl.h> header file. */
+#define HAVE_FCNTL_H 1
+
#ifdef NEED_DECLARATION_ERRNO
extern int errno;
#endif
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添加后，需要先 make clean，再重新 make，此时会把新加入的 Patch 文件应用
QEMU 中添加网卡后网络无法使用
方法一
需要在编译选项中配置网卡 DHCP，然后重新 sudo make clean、sudo make
方法二
如果你不想重新编译的话，也可以直接修改配置文件 buildroot/output/target/etc/network/interfaces
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| # interface file auto-generated by buildroot
auto lo
iface lo inet loopback
auto eth0
iface eth0 inet dhcp
pre-up /etc/network/nfs_check
wait-delay 15
hostname $(hostname)
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重新启动后可以看到使用 udhcpc 去获取 DHCP 分配的 IP 地址
ipconfig 也能够正常显示出 IP 地址
Qemu 模拟环境
接下来就要用 qemu-system-xxx 来启动我们编译好的内核，不过首先先对相关的配置参数做一个介绍
常用的选项
- -m， 指定 RAM 大小，默认 384M
- -kernel，指定内核镜像文件路径
- -initrd，设置内核启动的内存文件系统
-smp [cpus=]n[,cores=cores][,threads=threads][,dies=dies][,sockets=sockets][,maxcpus=maxcpus]，指定使用到的核数。- -cpu，指定指定要模拟的处理器架构，可以同时开启一些保护，如
- +smap，开启 smap 保护
- +smep，开启 smep 保护
- -nographic，表示不需要图形界面
- -monitor，对 qemu 提供的控制台进行重定向，如果没有设置的话，可以直接进入控制台，对于出题来说，最好设置为 null
- -append，内核参数（以空格分开的一个字符串列表）
nokaslr 关闭随机偏移- console=ttyS0，和
nographic 一起使用，启动的界面就变成了当前终端。 - root=xxx，告诉内核启动时使用哪个设备作为根文件系统，如果是某个分区，可以用
/dev/hda8；如果是在内存上，可以用 /dev/mem。 - init=… 告诉内核在启动后执行哪个程序。如果该选项未被设置，将会启动/sbin/init
- rootwait 告诉内核无限期等待，直到根文件系统出现。对于 U 盘等设备，设备的发现是异步的，如果在发现 USB 设备之前挂载根文件系统，则内核会找不到根文件系统，造成启动失败。
wjh
