[1]开发一个Linux系统吧

介绍

主要是补一下GNU C后的坑。

干货

Linux本身是开源的系统内核，内部封装了五个模块，分别为

• 进程管理：负责管理CPU资源，让CPU在不同线程均匀切换
• 内存管理：监控内存情况，系统夹在硬件与用户中间，所以针对不同的内存情况进行对应的管理，如分页管理、SLAB分配器等
• 虚拟文件系统：负责读取存储设备、输入输出设备、显示设备等，Linux将所有外设作为文件进行管理
• 网络系统：管理网络设备，在软件层实现TCP/IP
• IPC：进程通信管理

接下来介绍一下源码结构：

• arch：针对CPU架构的不同，区分包括内存对齐、寄存器内容，同时区分了一些会因架构而改变运行过程函数，比如：memcpy、strnlen、strcmp，为了gcc合理编译，这写函数使用汇编进行了重写
• block：提供外设的控制，主要是块设备
• crypto：包括Hash、ECC、CRC校验等验证函数，包含md4、md5、rsa、shaX等加密算法
• drivers：包含基础的驱动程序
• fs：文件系统的相关算法
• include：提供给用户层使用的头文件，包括媒体对象和网络对象
• init：系统初始化阶段执行的内容(计算机启动过程最中间的一步，是引导后的阶段)
• ipc：进程通信
• kernel：核心功能，维持系统安全稳定的运行，包括信号等内容
• lib：内核使用到的函数，包括crc和btree(二叉树)
• mm：内存管理的各种方法，针对连续内存和非连续内存进行管理
• net：网络驱动相关
• virt：虚拟化技术支持
• usr：主要是生成initramfs，用于讲文件系统的内容移至Swap空间内

Linux源码：https://github.com/torvalds/linux.git

内核源码下载：https://www.kernel.org/

两者并无差别，不过推荐从后者下载，前者可能会缺失文件(git对大小写不敏感)

环境配置

你需要以下内容：GCC，CMake，Make、flex、bison以及扩展包

minloha@minloha:~$ sudo apt-get install make
minloha@minloha:~$ sudo apt-get install cmake
minloha@minloha:~$ sudo apt-get install gcc
minloha@minloha:~$ sudo apt-get install flex
minloha@minloha:~$ sudo apt-get install bison
minloha@minloha:~$ sudo apt-get install libncurses-dev libssl-dev libelf-dev bc 

在没有报错的情况下执行完这些命令即可，这里并没有常见的报错，都是基础环境，如果速度慢或者包不存在，请使用官方镜像源（官方有国区）

初次编译

注意，内核编译会很慢很慢，我的i9仅14核，所以需要根据自己电脑的性能进行编译。

首先我们将源码放在ubuntu系统用户目录下进行解压。

minloha@minloha:~$ ls
linux-6.1.1.tar.xz
minloha@minloha:~$ sudo tar -xvf linux-6.1.1.tar.xz

稍事等待即可……解压完成后移动到文件夹内部。然后我们需要配置一下编译的参数，使用下面的命令：

make menuconfig

从英文菜单上可以看出自上而下分别为：

• 编译64位的核心
• 漏洞缓解措施
• 虚拟化
• 启用部分模块加载支持、如块设备或者其他的内存管理选项
• 网络支持

这里我们关注一下驱动设备，我们按回车可以进入：

如果是给嵌入式系统使用的话，可以按Y选中GPIO驱动，这个系统我就是如此打算的，所以我们勾选上，同时为了能弄出更多花样，我也勾选了NVME的驱动程序，当然可以一边翻译一边选择，这里还是非常方便的。

配置完成后挪动到Save处，保存并Exit即可

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这里强调一点，设置完驱动程序后，可以使用下面两条命令配置桌面系统

# KDE桌面
make xconfig
# Gnome桌面
make gconfig

如果配置桌面环境时出现了需要安装pkg-config的提示，可以点击我下载，下载后解压，make & make install即可

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接下来我们就开始构建了，如果你的CPU不够强劲，可能会需要多一点时间，我的电脑用了1分钟就搞定了，比编译opencv慢了几秒

minloha@minloha:~/linux$ make -j 10

如果构建失败或者已经构建过了，需要使用下面的命令清理后重新构建：

make mrproper

构建完成后提示的内容是这样的：

  HOSTCC  arch/x86/boot/compressed/mkpiggy
  CC      arch/x86/boot/compressed/cpuflags.o
  CC      arch/x86/boot/compressed/early_serial_console.o
  CC      arch/x86/boot/compressed/kaslr.o
  CC      arch/x86/boot/compressed/ident_map_64.o
  CC      arch/x86/boot/compressed/idt_64.o
  AS      arch/x86/boot/compressed/idt_handlers_64.o
  AS      arch/x86/boot/compressed/mem_encrypt.o
  CC      arch/x86/boot/compressed/pgtable_64.o
  CC      arch/x86/boot/compressed/acpi.o
  AS      arch/x86/boot/compressed/efi_thunk_64.o
  CC      arch/x86/boot/compressed/efi.o
  CC      arch/x86/boot/compressed/misc.o
  GZIP    arch/x86/boot/compressed/vmlinux.bin.gz
  MKPIGGY arch/x86/boot/compressed/piggy.S
  AS      arch/x86/boot/compressed/piggy.o
  LD      arch/x86/boot/compressed/vmlinux
  ZOFFSET arch/x86/boot/zoffset.h
  OBJCOPY arch/x86/boot/vmlinux.bin
  AS      arch/x86/boot/header.o
  LD      arch/x86/boot/setup.elf
  OBJCOPY arch/x86/boot/setup.bin
  BUILD   arch/x86/boot/bzImage
Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready  (#1)
minloha@minloha:~/linux$

然后就可以生成镜像文件了，复制下面的命令即可：

minloha@minloha:~/linux$ sudo make install

因为系统不同，生成路径也不同，我到此教一种手工做法，生成的镜像在Linux源码路径/arch/x86/boot/bzImage，生成的map文件在/boot/System.map，这两个文件移动出来就可以去打包img文件了。不过这种办法是换内核的，我就不换了，在之后开发过程中会打包成iso文件，这样可以给虚拟机用了

总结

在接下来的几个内容中，我会持续更新Linux内核开发，当然内容都会很硬核，这也可能是我第一个博客项目，所以再次留个纪念吧！

本期博文读者可以学会使用Linux内核的源码以及创建一个开发环境，读者可以很快的了解到Linux内核的有趣之处，同时读者也需要有非常坚实的C语言功底，了解GNU C的语法规范等，相信阅读完之后，读者的水平会更上一层楼