编译Linux内核实验

编译Linux内核

1. 实验目的

（1）学习配置虚拟机环境，安装配置虚拟机操作系统

（2）学习编译Linux系统内核的过程及相关问题，编译Linux内核

（3）了解GRUB启动程序，修改系统中grub2启动配置

2. 实验内容

（1）安装虚拟机并配置环境

（2）下载Linux内核

（3）编译内核配置

（4）编译内核

（5）修改引导菜单

3. 实验环境

本实验基于Ubuntu虚拟机完成，具体实验环境如下：

3.1 宿主机环境

宿主机环境配置如下：

• 操作系统：macOS
• 内存容量：8GB
• 处理器：2.9GHz Intel Core i5
• 硬盘容量：500GB

3.2 虚拟机环境

虚拟机环境配置如下：

• 虚拟机软件：Parallels Desktop 13.3.1
• 虚拟机操作系统：Ubuntu 18.04
• 虚拟机内存：4GB
• 虚拟机硬盘容量：64GB
• Linux内核（源）：Linux-4.15.0
• Linux内核（用于编译）：Linux-5.0.0

4. 程序设计与实现

4.1 安装虚拟机并配置环境

由于本实验宿主机使用的是macOS系统，采用的是和Mac更加适配的Parallels Desktop虚拟机软件。

在官方网站下载安装镜像文件，解压并安装。

在Ubuntu官网下载Ubuntu镜像文件，本实验选择的是18.04版本。

使用Parallels Desktop安装虚拟机，并配置如3.2的实验环境

4.2 下载Linux内核

进入Ubuntu虚拟机系统后，打开终端，使用如下命令查看预装内核：

$ uname -a
Linux XXX-Parallels-Virtual-Platform 4.15.0-20-generic #21-Ubuntu SMP Tue Apr 24 06:16:15 UTC 1028 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

得到如上结果，由结果可知，系统预装内核版本为4.15.0版本

使用wget命令从www.kernel.org网站上下载Linux内核，本次实验下载的内核版本为5.0.0版本，命令如下

$ wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.0.0.tar.xz

下载之后，在当前目录下的到一个名为linux-5.0.0.tar.xz的压缩文件

将该压缩文件移动到用户目录的源目录，即/usr/src目录下，并进行解压，命令如下：

$ sudo cp ./linux-5.0.0.tar.xz /usr/src
$ cd /usr/src
$ sudo tar xvjf ./linux-5.0.0.tar.xz

4.2 编译内核配置操作

编译内核时需要用到很多工具，例如libncurses和build-essential，在编译内核操作之前，要先将这些工具安装配置好，在Ubuntu中使用apt-get命令完成这些操作。

4.2.1 修改镜像源

apt-get操作是从制定的源下载指定的安装包，但是Ubuntu一般预使用的源都是国外的源，我们需要将源改为国内镜像源保证可以进行使用

进入apt路径，备份源文件

$ cd /etc/apt/
$ sudo cp ./sources.list ./sources.list.bat

本实验中，我选取的是清华大学的镜像源进行替换，将sources.list文件替换如下（将原来的镜像路径进行注释）替换如下：

deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ xenial main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ xenial-updates main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ xenial-backports main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ xenial-security main restricted universe multiverse

修改保存之后，进行更新数据源

$ sudo apt-get update

4.2.2 配置编译工具

使用如下命令，安装配置工具

$ sudo apt-get install libncurses5-dev build-essential kernel-package

其中，libncurses5-dev是保证配置内核运行make menuconfig，build-essential是实验所使用的编译工具，kernel-package是编译内核工具。

之后可能还会有部分工具在编译时需要使用，在编译过程中会报错，届时仍然使用上述方法进行安装即可。

4.4 编译Linux内核

4.4.1 图形化配置界面

图像化配置菜单

$ sudo make menuconfig

注意，在执行该命令过程中可能会出现以下错误：

scripts/kconfig/mconf Kconfig
Your display is too small to run Menuconfig
It must be at least 19 lines by 80 columns

上述错误表示限制所使用的终端太小，无法运行menuconfig只需要将终端放大即可

执行完上述命令后，会打开配置菜单

可以在里面修改内核配置，本实验中未修改

4.4.2 编译内核

使用下述命令编译内核

$ sudo make

注意，该步骤要在解压后的目录下进行

编译内核需要消耗较多的时间，实验过程中大约花费2小时（数据仅供参考）

在编译过程中，可能会出现错误，大部分错误都是由于配置工具未配齐，只需要根据报错信息依照4.2流程进行配置。

4.4.3 安装内核模块

使用如下两个命令进行模块安装

$ sudo make modules_install
$ sudo make install

安装好之后，就可以重新启动系统。

在重新启动的过程中可能会遇到Storage Out报错，这是由于内存配置不足造成的问题，关机后重新配置虚拟机环境增加内存即可。

4.5 修改引导菜单

4.5.1 修改开机启动菜单

使用vim修改grub文件

$ sudo vim /etc/default/grub

修改开机界面等待时间和开机默认选项，修改如下

注意，此文件为只读文件，需要root权限才能修改，所以命令行需要添加sudo

GRUB_DEFAULT=1
#GRUB_HIDDEN_TIMEOUT=10
GRUB_HIDDEN_TIMEOUT_QUIET=false

修改GRUB_DEFAULT=1表示使用默认启动菜单1进行启动，注释GRUB_HIDDEN_TIMEOUT表示开机时在选择菜单停留，不自动进入。

GRUB_DEFAULT可以根据如下命令查看开机可选启动项

$ grep menuentry /boot/grub/grub.cfg

修改之后，更新启动引导菜单

$ sudo update-grub

4.5.2 修改开机启动配置项

使用vim打开开机启动配置文件

$ sudo vim /boot/grub/grub.cfg

此文件也是只读文件，需要root权限

找到自己新编译的内核菜单项，修改菜单项，如下：

menuentry 'Ubuntu, Linux 5.0.0 XXXXXX'

重启，就可以在菜单看到修改

选择新编译的内核，查看内核版本，的到如下信息

$ uname -a
patrick-Parallels-Virtual-Platform 5.0.0 #1 SMP Tue Mar 5 21:28:51 CST 2019 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

5. 实验收获与体会

​ 在本实验中，我学会完整实现下载编译Linux内核，更新切换Linux内核使用。在配置grub2过程中，查找许多相关资料，细心去了解GRUB启动配置项的各项内容。由于在实验过程中遇到很多错误和困难，曾经因为修改grub文件导致系统不能启动。于是花费了一天时间去了解启动配置文件每一条语句的内容，才敢于第二次修改启动配置文件。相较于编译Linux内核操作步骤而言，对问题的解决才是知识上更多的收获。

​ 此外，在编译Linux内核过程中遭遇到了很多挫折和失败，这些失败给我带来不少历练。我在一次又一次的失败中，不断查找资料，让我更加有耐心，更加能面对挫折。