Linux编译实时内核和打补丁

1.Linux内核

https://github.com/torvalds/linux

Linux内核是Linux操作系统的核心部分，它是操作系统的基本组成部分，负责管理系统资源、文件系统、设备驱动程序和提供系统调用接口等功能。Linux内核的作用主要包括以下几个方面：

• 系统资源管理：Linux内核负责管理系统的内存、CPU、磁盘空间等资源，以确保它们被合理分配和有效利用。

• 文件系统管理：Linux内核提供了对文件系统的支持，包括文件的创建、读写、删除等操作，以及对文件系统的管理和维护。

• 设备驱动程序管理：Linux内核包含了大量的设备驱动程序，用于管理和控制各种硬件设备，如网络接口、磁盘驱动器、USB设备等。

• 进程管理：Linux内核负责管理系统中运行的进程，包括进程的创建、调度、终止等操作，以确保系统的稳定运行。

• 网络支持：Linux内核提供了对网络协议栈的支持，包括TCP/IP协议栈、网络设备驱动程序等，以实现网络通信功能。

• 安全性管理：Linux内核通过访问控制、权限管理等机制，确保系统的安全性和稳定性。

总之，Linux内核是整个Linux操作系统的核心，它负责管理系统的各种资源和提供各种功能，是整个操作系统的基础和核心。

2.实时内核

Linux实时内核是一种专门设计用于处理实时任务的内核，它可以确保任务在规定的时间内得到及时处理。与普通内核相比，Linux实时内核有以下区别：

• 响应时间：实时内核可以保证任务在规定的时间内得到处理，响应时间更加可预测和稳定。

• 优先级调度：实时内核支持更加灵活的任务优先级调度，可以确保高优先级任务优先得到处理。

• 中断处理：实时内核对中断处理进行了优化，可以更快地响应硬件中断。

• 时间管理：实时内核提供更加精确的时间管理，可以满足实时任务对时间精度的要求。

总的来说，Linux实时内核在处理实时任务方面更加可靠和高效，适用于对任务响应时间有严格要求的应用场景。

3.编译实时内核

Linux内核源码： https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/

举例：在Xubuntu16.04系统中编译4.14.195的实时内核
假设这里以linux-4.14.195.tar.gz 实时内核源码为例：

3.1 准备

• 要构建内核，需要在系统中提供几个可用的工具，使用安装它们

$ sudo apt-get install build-essential bc ca-certificates gnupg2 libssl-dev wget gawk flex bison

• 在下载实时内核的源代码之前，请检查当前安装的内核版本：

$ uname -r
4.15.0-62-generic 

• 要继续实时内核编译，需要创建一个临时文件夹并导航到其中，由于提取的内核源占用了大量空间，因此那里应该有足够的空间（约25GB），安装新内核后，可以再次删除此文件夹。
  在本例中，我们将在主文件夹中使用一个临时文件夹：

$ mkdir -p ${HOME}/rt_kernel_build
$ cd ${HOME}/rt_kernel_build

PS：后面所有的命令都在rt_kernel_build文件夹中执行。

3.2 获取内核源码

要构建实时内核，首先需要获得内核源代码和实时补丁。

上面已经确定当前Xubuntu16.04系统中安装了4.15内核，实时修补程序仅存在于选定的内核版本。这些可以在linuxfoundation wiki上面找到。

在本例中，我们将选择一个4.14内核，选择一个接近的内核版本安装在系统上。

继续下载内核源代码、补丁源代码及其签名文件：

$ wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/4.14/older/patch-4.14.195-rt94.patch.xz
$ wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/4.14/older/patch-4.14.195-rt94.patch.sign
$ wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.14.195.tar.xz
$ wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.14.195.tar.sign

解压缩下载的文件：

$ xz -d linux-4.14.195.tar.xz

3.3 编译

• 编译之前，我们需要解压源码，并且打实时补丁

$ tar xf linux-4.14.195.tar
$ cd linux-4.14.195
linux-4.14.195$ xzcat ../patch-4.14.195-rt94.patch.xz | patch -p1 

• 接下来需要配置内核

$ make oldconfig

• 这将要求提供内核选项。对于其他所有内容，优先购买模型将使用默认值（只需按Enter键）或根据您的偏好进行调整。对于抢占模型，请选择“Fully Preemptible Kernel”：

Preemption Model
  1. No Forced Preemption (Server) (PREEMPT_NONE)
> 2. Voluntary Kernel Preemption (Desktop) (PREEMPT_VOLUNTARY)
  3. Preemptible Kernel (Low-Latency Desktop) (PREEMPT__LL) (NEW)
  4. Preemptible Kernel (Basic RT) (PREEMPT_RTB) (NEW)
  5. Fully Preemptible Kernel (RT) (PREEMPT_RT_FULL) (NEW)
choice[1-5]: 5

• 现在开始构建内核，这可能会花一点时间。。。

$ make -j `getconf _NPROCESSORS_ONLN` deb-pkg

• 构建完成后，将linux-headers和linux-image安装在父文件夹中（仅限于名称中没有-dbg的文件）

$ sudo apt install ../linux-headers-4.14.195-rt94_*.deb ../linux-image-4.14.195-rt94_*.deb

3.4 设置GRUB确保启动到实时内核

要使新内核成为系统每次引导到的默认内核，必须更改/etc/default/grub中的grub配置文件。
（PS：这适用于ubuntu，但可能不适用于其他linux系统）

• 可以使用列出所有可用的内核

$ awk -F\' '/menuentry |submenu / {print $1 $2}' /boot/grub/grub.cfg

menuentry Ubuntu
submenu Advanced options for Ubuntu
    menuentry Ubuntu, with Linux 4.15.0-62-generic
    menuentry Ubuntu, with Linux 4.15.0-62-generic (recovery mode)
    menuentry Ubuntu, with Linux 4.15.0-60-generic
    menuentry Ubuntu, with Linux 4.15.0-60-generic (recovery mode)
    menuentry Ubuntu, with Linux 4.15.0-58-generic
    menuentry Ubuntu, with Linux 4.15.0-58-generic (recovery mode)
    menuentry Ubuntu, with Linux 4.14.195-rt94
    menuentry Ubuntu, with Linux 4.14.195-rt94 (recovery mode)
menuentry Memory test (memtest86+)
menuentry Memory test (memtest86+, serial console 115200)
menuentry Windows 7 (on /dev/sdc2)
menuentry Windows 7 (on /dev/sdc3)

• 上面已存在了4.14.195-rt94内核，将其设置为开机后默认使用的内核，同时更新grub菜单条目

$ sudo sed -i 's/^GRUB_DEFAULT=.*/GRUB_DEFAULT="Advanced options for Ubuntu>Ubuntu, with Linux 4.14.195-rt94"/' /etc/default/grub
$ sudo update-grub

• 重启电脑
  执行完上述步骤后，重新启动电脑，它应该会自动引导到正确的内核中。

4.给内核打补丁

https://github.com/pagxir/linux-patch/commit/819ac8cc0a4fdee32f2b9a881bced045a671af73
要在Linux中打入上面链接给的补丁，需要按照以下步骤进行：

• 下载补丁文件：在终端中使用wget命令下载补丁文件，例如：

wget https://github.com/pagxir/linux-patch/commit/819ac8cc0a4fdee32f2b9a881bced045a671af73.patch

• 切换到需要打补丁的目录：在终端中使用cd命令切换到需要打补丁的目录，例如：

cd /usr/src/linux

• 打入补丁：在终端中使用patch命令打入补丁，例如：

patch -p1 < /path/to/819ac8cc0a4fdee32f2b9a881bced045a671af73.patch

注意，命令中的-p1参数表示要去掉补丁文件中的一级目录，如果补丁文件中包含多级目录，需要相应地修改参数。

• 编译内核：在终端中使用make命令重新编译内核，例如：

make && make modules_install && make install

注意，这一步可能需要一些时间，具体时间取决于系统配置和内核大小。

• 重启系统：在终端中使用reboot命令重启系统，注意，重启后需要选择新安装的内核版本才能生效。

5.安装新的内核

linux-headers-5.15.137-rt71实时内核链接：https://download.csdn.net/download/qq_45445740/88788240

• 下载已经编译好了的5.15内核，apt install安装内核
  linux-headers-5.15.137-rt71_5.15.137-rt71-1_amd64.deb
  linux-image-5.15.137-rt71_5.15.137-rt71-1_amd64.deb
  linux-image-5.15.137-rt71-dbg_5.15.137-rt71-1_amd64.deb
• 安装：

sudo apt install ./linux-headers-5.15.137-rt71_5.15.137-rt71-1_amd64.deb ./linux-image-5.15.137-rt71_5.15.137-rt71-1_amd64.deb ./linux-image-5.15.137-rt71-dbg_5.15.137-rt71-1_amd64.deb

• 查看内核是否已升级：

awk -F\' '/menuentry |submenu / {print $1 $2}' /boot/grub/grub.cfg

• 修改当前系统使用的内核：

sed -i 's/^GRUB_DEFAULT=.*/GRUB_DEFAULT="Advanced options for Ubuntu>Ubuntu, with Linux 5.15.137-rt71"/' /etc/default/grub

• sudo update-grub
• reboot