好久没更新了，上周，我利用空闲时间设计了linux内核实验的指导书，现在我把实验过程分享给大家。
本次实验的目标是自己动手裁剪并编译linux内核、制作最小根文件系统、并成功把制作的mini-linu启动起来，具体分为以下几步：
- 下载Linux内核，裁剪并编译内核源码。
- 下载并编译BusyBox，在此基础上制作一个最小的根文件系统。
- 用编译好的内核和根文件系统制作可启动的mini-Linux系统。
- 用QEMU启动制作好的mini-Linux系统。
本次实验基于以下软件和环境完成：
- VMware® Workstation 16 Pro
- Ubuntu 20.04 LTS
- Linux内核 5.10.83 （建议版本一致）
- BusyBox 1.33.2 （建议版本一致）
- grub-install (GRUB) 2.04
- QEMU 4.2.1
本篇文章，将完成实验的第一步——Linux内核裁剪及编译。
Linux的内核是单内核设计风格的，不过Linux的单内核设计采用了微内核设计风格的模块化设计思想，所以使得内核的核心可以很小，而内核所需要提供的其他功能都被设计成了各种内核模块，需要的时候只需将各种内核模块加载进内核的核心即可，我们可以通过编辑Linux源码目录下的”.config”配置文件来裁剪定制linux内核，在此次实验中，我们主要通过“make menuconfig”命令打开图形化界面来配置“.config”文件。
下载内核源码
（1）Linux内核官网：https://www.kernel.org/。
本次实验我们使用的内核版本为长期支持版本5.10.83，下载链接如下：https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.10.83.tar.xz。
（2）本次实验采用的是VMware® Workstation 16 Pro虚拟机，虚拟机系统为Ubuntu 20.04 LTS。打开虚拟机的Ubuntu20.04系统，实验过程将全程在此系统上完成。
（3）打开终端，切换至root用户（以下操作都在root下完成），切换至根目录，创建实验项目文件夹，并将内核源码下载并解压到该目录下。
1 | su |
（4）解压下载好的内核源码，并进入到linux-5.10.83目录。
1 | tar -vxf linux-5.10.83.tar.xz |
如果不是第一次编译，请运行以下命令清理：
- makeclean: 删除编译中间文件，但是保留配置。
- make mrproper：删除包括配置文件的所有构建文件。
- make distclean：执行mrproper所做的一切，并删除备份文件。
配置内核
（1）指定硬件体系架构为x86。
1 | export ARCH=x86 |
（2）生成config文件。
Linux自带很多内核的配置文件，如：
make defconfig：生成默认的内核配置。
make allmodconfig：所有的可选的选项构建成模块。
make allyesconfig：生成全部选择是的内核配置。
make noconfig：生成全部选择否的内核配置。
（3）本次实验我们根据虚拟机系统，选择 x86_64_defconfig 。
1 | make x86_64_defconfig |
此操作会将./arch/x86/configs/x86_64_defconfig文件复制为./.config，作为我们编译内核的初始配置文件。
（4）使用图形化界面配置内核。
1 | make meunconfig |
此时会进入Kernel Configuration图形化配置界面
（5）我们用键盘操作此图形界面：
[*]代表被选中，[ ]表示未被选中。
↑ ↓ 方向键可以快速在配置项中选择。
← → 方向键可以在select、exit等菜单项之间选择。
Y 选择此项，并包含进内核中。
N 取消选择此项，不包含内核中。
M 编译成模块。
Enter 进入或确认选项。
H 配置说明。
在任何一个选项下按H，可以看到详细的配置说明，自己不确定的项可以用此方法来辅助判断，如下图，如果有If unsure say Y、you'll need to say Y here、If in doubt, say "Y"则建议必选，如果有If unsure say N here，则可以根据情况不选。
- / 搜索。
在任意界面输入/，则会进入搜索，可以根据需求搜索配置项。
返回搜索结果后，再输入搜索结果对应的数字，则会跳转至对应的配置项，可以大大提高效率。
Kernel配置介绍、裁剪经验，可以参考以下文档
[1]. Linux内核（4.17.10）配置项详解（x86）
[2]. kernel裁剪
[3]. linux内核裁剪的具体过程和方法
内核裁剪
通过内核裁剪，我们可以
学习内核裁剪的方法和流程。
在资源内有限的时候，裁剪内核可以使系统变得简洁和轻量化。
不必要的驱动，不仅使得内核占用空间，运行速度慢，还会引起不必要的问题。
内核裁剪在menuconfig界面进行，我们使用的x86_64_defconfig已经做了大量裁剪，编译后内核大小仅有9.5M，精细裁剪需要花费大量时间，这里仅演示几项，大家可以多多尝试。
（1）给内核版本号添加自定义后缀：
- 在
General setup选项下，选择Local version - append to kernel release，我们可以给内核版本号添加自定义后缀，如-mini-linux-2021。
（2）我们需要内核支持RAM disk：
- 在
General setup选项下，选择Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support。 - 在
Device Drivers选项下，勾选Block devices，并进入Block devices，勾选RAM block device support，并将其第二项Default RAM disk size (kbytes) (NEW)设置为65536。
（3）取消多核心调度增强：
- 在
Processor type and features选项下，取消勾选多核心调度增强Multi-core scheduler support。
（4）取消调试内核：
- 在
General architecture-dependent options选项下，取消勾选调试内核Kprobes选项。
（5）取消允许强制卸载正在使用中的模块：
- 在
Enable loadable module support选项下，取消勾选允许强制卸载正在使用中的模块Forced module unloading。
（6）取消勾选磁盘配额：
- 在
File systems选项下，取消勾选磁盘配额Quota support。
在所有需要的选项配置完毕之后，按Exit退出，选择Yes保存。
编译内核
（1）下面就可以开始编译内核了：
1 | make -j8 |
make命令后面跟着线程数，8表示使用8线程去执行，不要超过虚拟机系统配置的核心数。
我的机子16G内存，8线程编译，大概10分钟，编译就完成了，编译成功后的内核位于：arch/x86_64/boot/bzImage。
（2）把编译好的内核文件拷贝到mini-linux目录下
1 | cp arch/x86_64/boot/bzImage ../ |
用ls命令，可以看到它的大小只有9.2M。
Linux 内核裁剪及编译教程就到这里，下一部分是用busybox制作一个最小的根文件系统，敬请关注！
最后更新： 2021年12月20日 15:27:08
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