Linux实训——编译升级Linux内核
山东科技大学
信息工程系
内容说明：本篇文章是《嵌入式操作系统》实训报告的第一部分，实现了编译和升级Linux内核
《嵌入式操作系统》实训报告内容介绍：
第一部分：编译升级系统Linux内核
第二部分：搭建HTTP服务器
第三部分：搭建动态网站
完整实验报告PDF文件
目录
- 一、编译升级Linux内核
- 1.1 实验原理
- 1.1.1 Linux内核
- 1.1.2 升级内核
- 1.2 实验过程记录
- 1.2.1 安装Ubuntu18.04虚拟环境
- 1.2.2 软件更新
- 1.2.3 查看当前内核版本
- 1.2.4 下载Linux内核
- 1.2.5 安装编译工具
- 1.2.6 解压内核源码
- 1.2.7 拷贝配置文件
- 1.2.8 配置内核选项
- 1.2.9 开始编译内核
- 1.2.10 安装编译好的内核包
- 1.2.11 关机重启
- 1.2.12 卸载多余的内核版本
一、编译升级Linux内核
1.1 实验原理
1.1.1 Linux内核
Linux内核是Linux操作系统的核心，主要包括文件系统模块、内存管理模块、进程管理模块、进程间通信模块和网络接口模块5大模块。
| 模块 | 功能 |
|---|---|
| 文件系统模块 | 主要负责文件系统的管理，Linux内核支持ext2、ext3、ext4、gfs、及网络文件系统nfs、cifs等 |
| 内存管理模块 | 主要负责内存的资源分配 |
| 进程管理模块 | 主要负责进程的资源分配协调管理 |
| 进程间通信模块 | 主要负责协调进程之间的资源分配关系和进程资源的竞争分配 |
| 网络接口模块 | 主要负责对系统进行远程管理 |
1.1.2 升级内核
Linux的内核承担着Linux操作系统的最为核心的任务，是其它程序和硬件等运行过程中的管理者：它要管理所有进程的内存，保证它们都能平等得到处理器的时隙。此外，它还提供程序和硬件之间的接口等功能。
通常，更新的内核会支持更多的硬件，具备更好的进程管理能力，运行速度更快、更稳定，并且一般会修复老版本中发现的许多漏洞等，经常性地选择升级更新的系统内核是Linux使用者的必要操作内容。
1.2 实验过程记录
1.2.1 安装Ubuntu18.04虚拟环境
本次实验选用VM VirtualBox虚拟机，相较于VMware，VirtualBox虚拟机的优势在于：开源软件，免费使用；中文界面；占用空间较小等。
本次实验选用系统镜像为：ubuntu-18.04.1-desktop-amd64.iso
在VM VirtualBox虚拟机软件中，安装Ubuntu18.04镜像文件，新建Ubuntu虚拟机。等待其自动安装完成即可。
1.2.2 软件更新
安装Ubuntu虚拟环境成功后，首先使用sudo apt-get update命令，更新系统中的软件源。apt-get update命令会从存储库下载软件包列表并“更新”它们，以获取有关软件包及其依赖项的最新版本的信息。
1.2.3 查看当前内核版本
为了能够下载合适的内核版本，在更新完成后，需要使用命令umane –r查看当前系统的内核版本。
输入命令查看当前的Linux内核版本，可以看到我当前的版本是4.15.0-29-generic。
1.2.4 下载Linux内核
在GitHub上或其他下载源，下载新版本的Linux内核文件。其中需要注意的是，新版本与当前版本差距不应太大，避免造成更新后硬件不兼容的现象。因为我的当前内核版本为4.15，所以我找到了内核版本为4.16的内核文件。
可以看到，有两种版本的内核压缩包。可以选择任意一种类型下载，只是解压方式不同。本次选择tar.gz文件进行下载。直接在虚拟机Linux环境中的Firefox浏览器中进行下载即可。
Firefox的默认下载位置是~/Download文件夹，等待下载完成，可在该文件夹下查看内核文件包。
1.2.5 安装编译工具
由于编译内核的过程需要使用相关的编译工具，在编译之前需要对此进行安装。现在安装make ,gcc, make-kpkg,等编译内核相关的工具，以做好编译的准备工作。
安装部分编译工具时，会出现下图中的配置选项，选择默认的配置即可。
之后，检查make和gcc是否安装。
可以看到，相关工具已经安装完成。
1.2.6 解压内核源码
进入到/usr/src/文件夹下，查看当前文件夹下的文件，将刚才下载的Linux内核压缩文件拷贝到当前目录下，以便于解压。
新建一个kernel目录，用于存放内核解压之后的文件。使用tar工具解压内核压缩文件至kernel目录。
解压完成之后，进入到kernel目录，查看该目录下的文件。
可以看到，内核解压后生成了一个名为linux-4.16的文件夹，该文件夹即为所需的内核文件。下面进入到该文件夹下，进行内核编译的准备工作。
1.2.7 拷贝配置文件
编译的过程需要使用相关的配置文件，可以选择将Linux原有的配置文件拷贝到当前目录下，或者在本机重新编译生成新的配置文件。本步骤采用第一种方式，复制原有配置文件至指定目录。复制结束后，查看是否拷贝成功。
由于.config文件是隐藏文件，所以需要加-a参数，才能看到该文件。
1.2.8 配置内核选项
本步骤与第7步作用相同。第7步中，使用了原有的配置文件，直接复制到了工程文件夹下。同样可以在机器上，使用make编译生成新的配置文件，本步骤即为此方法。在使用make工具，编译menuconfig目标时，发生下图所示的错误，其原因为未安装bison工具，使用图中的命令安装该bison工具，问题得以解决。
再次编译menuconfig目标时，出现如图所示的菜单界面，此时不需进行其余配置，直接选择save。选择save后，出现第二图中所示的界面，用于填写配置文件名，同样不需修改，直接使用默认的.config文件名即可。
选择”OK”并退出即可。
1.2.9 开始编译内核
Linux内核可以使用make、make-kpkg等工具进行编译。本次实验使用make-kpkg工具来进行内核的编译。该编译工具的主要使用方法如下图所示。
可以看到，这个make-kpkg需要跟着options和target，其中一个选项--append-to-versions是指定内核版本的附加内容，追加作为内核名称的一部分，我将该参数指定为zhjv1。第二个参数是编译之后生成的目标，也就是之后会生成的编译之后的文件，现将目标设为kernel-image和kernel-headers。
运行时，发现make-kpkg comman not found.说明该工具未安装，使用命令安装该工具。
但是命令显示，该工具已经安装。原来是我将make-kpkg错写成了make-kgkg，下面改正错误，重新运行。
运行过程中，出现如下图所示的错误。
经过查阅资料，发现应该是缺少相关的编译工具，现安装相关工具，如下图所示。
安装完成后，返回linux-4.16文件夹，重新进行内核编译。经过非常漫长(整个编译过程持续5h29min)的过程，终于编译完成。
编译结束之后，在当前目录下的上一级目录，也就是/usr/src/kernel目录下，会生成两个内核文件。这两个文件就是我们需要的内核文件包。其中，linux-headers为Linux内核头文件的软件包，linux-image为Linux内核镜像文件包。
1.2.10 安装编译好的内核包
在/usr/src/kernel目录下，使用dpkg工具安装编译好的内核包文件，先安装linux-image镜像软件包。
之后安装linux-headers头文件软件包：
现在我使用uname命令，查看当前的内核版本。
现在还是4.15.0版本，并没有升级到4.16版本。
1.2.11 关机重启
为了刷新内核版本，现在重新启动虚拟机。启动之后，继续使用uname命令查看当前的内核版本。
Nice！可以看到，当前内核版本已经升级为4.16.0。与此同时，内核的名称还追加了我编译之前添加的版本识别参数zhjv1。
1.2.12 卸载多余的内核版本
现在来查看电脑中存在的各版本的内核。
可以看到，现在电脑中4.15版本的内核依然是安装状态，因为4.16版本的内核已经安装，4.15版本的可以卸载掉了。现在使用apt工具卸载4.15版本的内核。
可以看到，我使用apt管理工具，分别使用了remove和purge两个参数，都未能正确卸载旧内核。原因大概是，有其他进程正在使用dpkg或是占用了apt进程。
在网上查找的资料中，解决办法是更新引导，但更新引导之后，并没有起作用。现在看来，与引导更新的关系应该不大。
没办法，我重启了虚拟机。再次尝试卸载旧内核，发现此时已经允许卸载。
卸载linux_image完成之后，旧版本的linux_headers以相同的操作卸载。
卸载进程结束后，再次查看现有的linux内核版本。
可以看到，虽然刚才已经卸载了linux-image-4.15.0内核，但其依然存在于电脑中，只是deinstall未安装罢了。想要彻底删除这些未安装的内核，还需要使用dpkg工具。
使用dpkg –P命令，删除未安装的linux-image-4.15.0内核，结果出现报错。之后再次查看当前存在的内核，发现该内核已经消失。我认为报错的原因在于，dpkg工具未及时更新现存的内核版本，在发现错误后才算进行了一次更新。
接着继续删除多余未安装的linux-modules，卸载了多余的linux-image-4.15.0-51-generic。再次查看当前的内核版本。
最终，我删除了不必要的4.15内核版本的文件，仅保留了未涉及的4.15内核文件和4.16版本的内核文件。现在再次查看当前内核版本，确保是4.16版本。
第一个实验顺利结束。