Доброго дня, читатели и гости моего сайта. В продолжение прошлого поста о ядре Linux, сегодня хочу рассказать, как собрать и настроить собственное ядро.

Из прошлого поста мы уже знаем, что ядро Linux обладает минимальными возможностями и поддержкой оборудования, но при необходимости мы можем расширить возможности ядра с помощью kernel modules (модулей ядра). Для чего может понадобиться сборка или пересборка собственного ядра? Например для включения/отключения каких-либо новых возможностей, или обновление старого ядра на более новое с поддержкой новых возможностей, или просто для опытов как в нашем примере.

Получение исходников ядра и подготовка к конфигурированию

Можно несколькими путями получить исходники:

1. Получить оригинальные архивы кода с The Linux Kernel Archives, в виде gzip или bzip2 архивов, с помощью команды:

wget http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v2.6/linux-2.6.36.1.tar.bz2
cp linux-2.6.36.1.tar.bz2 /usr/src/

1. Получить исходники из репозиториев дистрибутивов (например: Debian, Ubuntu, CentOS i386) в виде бинарного пакета deb или rpm (src.rpm) с патчами от производителя дистрибутива. Например:

    kernel-server:/tmp/123# apt-cache search source | grep linux
   ketchup - update utility for linux-kernel sources
   linux-patch-grsecurity2 - grsecurity kernel patch - new major upstream version
   linux-wlan-ng-source - linux-wlan-ng driver
   linuxdoc-tools - convert LinuxDoc SGML source into other formats
   linux-patch-lustre - Linux kernel patch for the Lustre Filesystem
   libcorelinux-dev - Foundation Classes, Design Patterns, IPC and Threads
   libcorelinux-doc - Foundation Classes, Design Patterns, IPC and Threads
   libcorelinux-examples - Foundation Classes, Design Patterns, IPC and Threads
   libcorelinuxc2a - Foundation Classes, Design Patterns, IPC and Threads
   linux-patch-openswan - IPSEC Linux kernel support for Openswan
   selinux-policy-src - Source of the SELinux reference policy for customization
   user-mode-linux-doc - User-mode Linux (Documentation)
   linux-patch-xenomai - Linux kernel patches for Xenomai
   linux-patch-debian-2.6.26 - Debian patches to version 2.6.26 of the Linux kernel
   linux-source-2.6.26 - Linux kernel source for version 2.6.26 with Debian patches
   linux-tree-2.6.26 - Linux kernel source tree for building Debian kernel images
   Print-server:~# apt-get install linux-source-2.6.26
   Чтение списков пакетов... Готово
   Построение дерева зависимостей
   Чтение информации о состоянии... Готово
   Будут установлены следующие дополнительные пакеты:
     binutils bzip2 cpp cpp-4.3 gcc gcc-4.3 libc6-dev libgmp3c2 libgomp1 libmpfr1ldbl linux-libc-dev make
   Предлагаемые пакеты:
     binutils-doc bzip2-doc cpp-doc gcc-4.3-locales gcc-multilib manpages-dev autoconf automake1.9 libtool flex bison gdb gcc-doc gcc-4.3-multilib
     libmudflap0-4.3-dev gcc-4.3-doc libgcc1-dbg libgomp1-dbg libmudflap0-dbg glibc-doc libncurses-dev ncurses-dev kernel-package libqt3-mt-dev make-doc
   НОВЫЕ пакеты, которые будут установлены:
     binutils bzip2 cpp cpp-4.3 gcc gcc-4.3 libc6-dev libgmp3c2 libgomp1 libmpfr1ldbl linux-libc-dev linux-source-2.6.26 make
   обновлено 0, установлено 13 новых пакетов, для удаления отмечено 0 пакетов, и 5 пакетов не обновлено.
   Необходимо скачать 50,2MB/63,2MB архивов.
   После данной операции, объём занятого дискового пространства возрастёт на 89,4MB.
   Хотите продолжить [Д/н]? y
   Получено:1 http://ftp.debian.org lenny/main linux-libc-dev 2.6.26-26 [769kB]
   Получено:2 http://ftp.debian.org lenny/main linux-source-2.6.26 2.6.26-26 [49,5MB]
   Получено 50,2MБ за 1min49s (460kБ/c)
   Выбор ранее не выбранного пакета binutils.
   (Чтение базы данных... на данный момент установлено 16621 файлов и каталогов.)
   Распаковывается пакет binutils (из файла .../binutils_2.18.1~cvs20080103-7_i386.deb)...
   Выбор ранее не выбранного пакета bzip2.
   .....
   Распаковывается пакет make (из файла .../archives/make_3.81-5_i386.deb)...
   Обрабатываются триггеры для man-db ...
   Настраивается пакет binutils (2.18.1~cvs20080103-7) ...
   .....
   Настраивается пакет linux-source-2.6.26 (2.6.26-26) ...
   Настраивается пакет make (3.81-5) ...
   kernel-server:~# ls /usr/src/
   linux-source-2.6.26.tar.bz2

Хочу отметить, что имя архива с исходниками или пакета, имеет примерно следующий вид: linux-source-2.6.26 либо kernel-source-2.6.18. Из листинга второго примера, видно что при установке исходников из репозитория, apt нам предлагает установить и остальные сопутствующие пакеты, без которых ядро собрать не получиться.

Итак. После получения исходников одним из вышеуказанных путей (копировании архива (в первом случае) и установки пакета (во втором случае)), мы получаем в каталоге /usr/src/ – архив с именем, аналогичным linux-source-2.6.26.tar.bz2. Далее нам необходимо распаковать дынный архив командой: tar -xjf linux<version>.tar.bz2. В результате, получаем дерево каталогов исходников ядра, расположенные в каталоге /usr/src/linux-2.6.36.1/. Так же рекомендуется создать символьную ссылку /usr/src/linux на вышеуказанный каталог:

kernel-server:~# cd /usr/src/
kernel-server:/usr/src# ln -s linux-2.6.36.1 linux
kernel-server:/usr/src# ls -l lin*
lrwxrwxrwx  1 root src        14 Дек  3 16:31 linux -> linux-2.6.36.1
-rw-r--r--  1 root src  70236745 Дек  3 15:57 linux-2.6.36.1.tar.bz2

Прежде чем приступать к попытке сборки и конфигурированию, необходимо просмотреть файл Changes, расположенный в каталоге Documentation. Он, среди прочего, содержит список пакетов, необходимых для сборки ядра, с указанием номеров версий. Убедитесь, что эти пакеты установлены (если установка исходников производилась с помощью пакетного менеджера, то скорее всего нужные пакеты уже установлены).

В распакованном дереве подкаталогов содержится файл Makefile. make-файл содержит различные цели сборки для конфигурирования опций ядра, сборки ядра и его модулей, установки модулей и сборки пакетов RPM или deb. Наиболее свежие версии исходников ядра позволяют использовать make help для получения краткой справки для каждой цели. В более старых системах было необходимо обращаться к документации или просматривать make-файл. Ниже показана часть вывода make help:

kernel-server:/usr/src/linux-2.6.36.1# make help
Cleaning targets:
clean           - Remove most generated files but keep the config and
enough build support to build external modules
mrproper        - Remove all generated files + config + various backup files
distclean       - mrproper + remove editor backup and patch files

Configuration targets:
config          - Update current config utilising a line-oriented program
nconfig         - Update current config utilising a ncurses menu based program
menuconfig      - Update current config utilising a menu based program
xconfig         - Update current config utilising a QT based front-end
gconfig         - Update current config utilising a GTK based front-end
oldconfig       - Update current config utilising a provided .config as base
.......

Далее, если по каким либо причинам на ядро необходимо наложить патч, то его следует скачать заранее и положить в каталог /usr/src. Если патчить ядро не нужно, можно смело переходить к конфигурированию. Патчится ядро следующим образом:

kernel-server:/usr/src/linux-2.6.36# gzip -cd ../patch-2.6.xx.gz | patch -p1 #или
Print-server:/usr/src/linux-2.6.36# bzip2 -dc ../patch-2.6.xx.bz2 | patch -p1

Конфигурирование

Текущая конфигурация ядра хранится в файле .config. Данный файл формируется при помощи одной из конфигурационных целей (цель – это, говоря простым языком, команда выполняемая в виде make цель):

config

Цель config использует интерфейс командной строки для получения ответов многие на вопросы, касающиеся создания или обновления файла .config. Имхо, по сравнению с целями использующими меню – очень неудобная штука.

cloneconfig

Копирование настроек текущего ядра в файл .config. Данная цель устарела и в новых ядрах заменена oldconfig. (удобно для добавления новых функция текущего ядра)

menuconfig

Цель menuconfig использует программу с меню-интерфейсом, построенную на базе ncurses, для создания или обновления файла .config. Вы должны только ответить на вопросы для элементов, которые хотите изменить. Этот подход заменил старую цель config. Выполняется в окне терминала удаленно или локально.

nconfig

Цель nconfig использует программу с меню-интерфейсом, построенную на базе ncurses, для создания или обновления файла .config. Данная версия основана на menuconfig, но имеет более современный внешний вид. Добавлена после релиза Linux-ядра 2.6.35. Вы должны только ответить на вопросы для элементов, которые хотите изменить. Выполняется в окне терминала удаленно или локально.

xconfig

Цель xconfig использует систему графического меню, основанную на QT front-end, используемом в KDE desktop.

gconfig

Цель gconfig использует систему графического меню, основанную на GTK front-end, используемом в GNOME desktop.

oldconfig

Цель oldconfig позволяет создать конфигурацию с использованием существующего файла .config, созданного ранее или взятого из другой системы. Например,  вы можете скопировать конфигурационный файл для вашей системы из /lib/modules/$(uname -r)/build/.config в /usr/src/linux. Сделав это, можно использовать одну из целей меню конфигурации, чтобы при необходимости внести изменения. Так же при выполнении данной команды, если в новом ядре добавлено много новых возможностей – будет задано много вопросов по настройке новых параметров. (удобно для добавления новых функция текущего ядра)

Повторяю, что список всех целей команд можно увидеть, введя make help. Итак, начнем конфигурирование. Самая удобная для консоли, имхо – make menuconfig.

После запуска команды, у меня вывалилось страшное сообщение:

kernel-server:/usr/src/linux-2.6.36.1# make menuconfig
 *** Unable to find the ncurses libraries or the
 *** required header files.
 *** 'make menuconfig' requires the ncurses libraries.
 ***
 *** Install ncurses (ncurses-devel) and try again.
 ***
make[1]: *** [scripts/kconfig/dochecklxdialog] Ошибка 1
make: *** [menuconfig] Ошибка 2

Чего-то не хватает, подумал Штирлиц (С)… Наверно пакета,содержащего имя ncurses и раз уж это libraries, то скорее всего, пакет начинается на lib. Я полез в репозиторий:

kernel-server:/usr/src/linux-2.6.36.1# apt-cache search ncurses | grep ^lib
libcunit1-ncurses-dev - Unit Testing Library for C (ncurses) -- development files
libcunit1-ncurses - Unit Testing Library for C (ncurses)
libncurses-gst - Ncurses bindings for GNU Smalltalk
libkaya-ncurses-dev - Ncurses binding for kaya
libkaya-ncursesw-dev - Ncurses binding for kaya
libcurses-perl - Curses interface for Perl
libcurses-widgets-perl - Curses widget interface for Perl
libruby-extras - a bundle of additional libraries for Ruby
libruby1.8-extras - a bundle of additional libraries for Ruby 1.8
libtexttools-dev - Ada and C++ library for writing console applications
libtexttools2.0.5 - Ada and C++ library for writing console applications
libncurses-ruby1.8 - ruby Extension for the ncurses C library
libncurses-ruby1.9 - ruby Extension for the ncurses C library
libncurses-ruby - ruby Extension for the ncurses C library
lib64ncurses5-dev - developer's libraries for ncurses (64-bit)
lib64ncurses5 - shared libraries for terminal handling (64-bit)
libncurses5-dbg - debugging/profiling libraries for ncurses
libncurses5-dev - developer's libraries and docs for ncurses
libncursesw5-dbg - debugging/profiling libraries for ncurses
libncursesw5-dev - developer's libraries for ncursesw
libcurses-ocaml-dev - OCaml bindings for the ncurses library
libcurses-ocaml - OCaml bindings for the ncurses library
libggi-target-terminfo - General Graphics Interface TermInfo display target
libncurses5 - разделяемые библиотеки для управления терминалом
libncursesw5 - библиотеки для управления терминалом (поддержка двухбайтовых символов)

Эта строка: libncurses5-dev – developer’s libraries and docs for ncurses мне показалась нужной. Давайте установим:

kernel-server:/usr/src/linux-2.6.36.1# apt-get install libncurses5-dev
Чтение списков пакетов... Готово
Построение дерева зависимостей
Чтение информации о состоянии... Готово
НОВЫЕ пакеты, которые будут установлены:
 libncurses5-dev
обновлено 0, установлено 1 новых пакетов, для удаления отмечено 0 пакетов, и 5 пакетов не обновлено.
Необходимо скачать 1546kБ архивов.
После данной операции, объём занятого дискового пространства возрастёт на 6599kB.
Получено:1 http://ftp.debian.org lenny/main libncurses5-dev 5.7+20081213-1 [1546kB]
Получено 1546kБ за 4s (344kБ/c)
Выбор ранее не выбранного пакета libncurses5-dev.
(Чтение базы данных... на данный момент установлено 18098 файлов и каталогов.)
Распаковывается пакет libncurses5-dev (из файла .../libncurses5-dev_5.7+20081213-1_i386.deb)...
Обрабатываются триггеры для man-db ...
Настраивается пакет libncurses5-dev (5.7+20081213-1) ...

Готово, пробуем make menuconfig:

Ура! Мы видим заветное меню конфигурирования ядра. Ниже показаны различные опции, позволяющие включать компоненты в ядро или создавать модули. Когда опция подсвечена, при помощи клавиши пробела можно перемещаться между возможными вариантами для данного компонента. Чтобы активировать опцию, нажмите y, чтобы отключить — n, чтобы создать, если это возможно, модуль, нажмите m. Выход из меню: Esc Esc.

• [*] Компонент будет включен в ядро.
• [ ] Компонент не будет включен в ядро.
• [M] Компонент будет оформлен в виде модуля.
• < > Компонент не будет включен в ядро, но может быть оформлен в виде модуля.

Ниже приведу описание основных разделов конфигурирования сменю (со временем будет пополняться):

Раздел	Пареметр	Описание
General setup		Этот раздел позволяет добавить идентификационную строку к вашему ядру, а также ряд атрибутов, которые не имеют отношения к каким-либо разделам, но тем не менее должны быть описаны.
Enable loadable module support		Этот раздел содержит опции, определяющие, будет ли ваше ядро поддерживать модули и будут ли они подгружаться и выгружаться автоматически. Опцию “Enable loadable module support” следует включить.
Processor type and features		Этот раздел содержит специфичные для данного типа процессора конфигурационные опции. Здесь вы можете выбрать процессор и семейство процессора, которые будут поддерживаться вашим ядром. Вы можете включать или отключать поддержку ядром различных возможностей, предоставляемых данным процессором. Убедитесь, что вы включили поддержку многопроцессорных систем (symmetric multi-processing support), если в вашем системе установлено более одного процессора или процессор поддерживает технологию hyperthreading. Кроме того, для получения большей производительности графической подсистемы в системах с AGP или PCI видеокартами следует включить поддержку MTRR.
Power management options		В этом разделе помещены опции, касающиеся управления питанием. Особенно они важны для ноутбуков. Кроме контроля состояния питания, вы сможете найти там средства для контроля и мониторинга таких параметров как температура или состояние охлаждающего вентилятора.
Bus options (PCI etc.)		Этот раздел содержит опции для компьютерных шин, поддерживаемых вашей системой, таких как PCI, PCI Express и PC Card. Здесь вы можете включить поддержку файловой системы /proc/pci, которой можно пользоваться вместе с обычно используемой командой lspci.
Executable file formats / Emulations		Этот раздел содержит опции, касающиеся поддержки различных форматов бинарных файлов. Следует включить поддержку “ELF binary”. Кроме того, можно включить поддержку DOS binaries для запуска их под DOSEMU, также как и других поддерживаемых соответствующими wrapper’ами бинарных файлов, таких как Java™, Python, Emacs-Lisp и т.д. Наконец, для 64-битных систем, поддерживающих 32-битную эмуляцию, вы, возможно, захотите включить поддержку 32-битных приложений.
Networking		Секция, касающаяся настроек сети, довольно велика. Здесь вы можете включить базовую поддержку сокетов, сетей TCP/IP, фильтрацию, маршрутизацию и bridging сетевых пакетов, а также поддержку различных протоколов, таких как IPV6, IPX, Appletalk и X.25. Кроме того, вы можете включить поддержку wireless, infrared и amateur radio.
Device drivers		Этот раздел также очень велик. Здесь вы можете включить поддержку большого числа аппаратных устройств, включая IDE/ATAPI или SCSI диски, или flash-диски. Включите DMA для ваших IDE устройств; иначе они будут работать в более медленной PIO-моде. Если вы хотите иметь поддержку multiple devices, таких как RAID или LVM, соответствующие опции также надо включить. Здесь вы также можете включить поддержку параллельного порта для работы с принтером через этот интерфейс. Здесь происходит конфигурирование широкого набора поддерживаемых сетевых устройств для различных сетевых протоколов, которые мы конфигурировали ранее. Кроме того, здесь вы найдете опции поддержки устройств аудио- и видео-захвата, устройств USB и IEEE 1384 (Firewire), а также различного рода устройств аппаратного мониторинга. В разделе управления символьными устройствами (Character Devices) вы, возможно, захотите включить поддержку печати через параллельный порт и поддержку direct rendering.
Firmware drivers		Этот раздел содержит несколько опций, относящихся к установке и обновлению BIOS, таких как использование функций Dell System Management на некоторых системах производства компании Dell.
File systems		Этот раздел предназначен для конфигурирования файловых систем, поддержку которых вы хотите иметь в вашем ядре, скомпилированных в виде модулей или нет. Также вы сможете найти здесь файловые системы для съемных дисковых устройств (дискеты, CD и DVD устройства), а также сетевых файловых систем, таких как NFS, SMB или CIFS. Поддержка различных типов разделов и национальных кодировок Native Language Support также располагаются в этом разделе.
Kernel hacking		Этот раздел позволяет включать режим отладки ядра и выбирать, какие дополнительные функции будут включены.
Security options		Этот раздел предназначен для конфигурирования опций защиты, а также включения и конфигурирования SELinux (Security Enhanced Linux).
Cryptographic options		В это разделе можно сконфигурировать поддержку различных алгоритмов шифрования, таких как MD4, DES и SHA256.
Library routines		Здесь вы можете указать ряд алгоритмов вычисления контрольных сумм (CRC), которые будут включены в ядро или собраны как модули.

Я привел очень краткое описание разделов конфигурирования ядра. Конкретно по выбору настроек, я наверно, сделаю отдельный пост, ибо текущий  вырос до огромных размеров. Самое лучшее описание настроек make menuconfig я нашел тут Gentoo Handbook. От себя скажу, что логичным будет выполнить make oldconfig (тем самым скопировав текущий .config установленной ОС), а потом запустить make menuconfig и отключить все ненужные функции (допустим я отключил поддержку WiFi, ненужных мне файловых систем jfs и т.п.). И в общем, я сторонник такого мнения, что заниматься оптимизацией ядра необходимо в очень крайних случаях, когда производительность ОС упирается в возможности железа. Соответственно, уменьшив размер ядра (отключив ненужные модули, включив их в состав ядра + отключив ненужные возможности), можно прибавить в производительности 1-2%. А на современных серверах, думаю это (переконфигурирование ядра) не особо актуально.

Сборка Ядра

Теперь, когда мы сконфигурировали ядро, мы готовы к его сборке. Если вы не знаете, каково состояние дерева для сборки, прежде чем приступать к конфигурированию нового ядра выполните make clean. Для более полной очистки выполните make mrproper (при этом – make mrproper – будет удален файл .config, а также некоторые другие файлы, используемые в процессе сборки).

В ходе пробы конфигурирования, желательно дать новому ядру специальное название, которое позволит вам легко его идентифицировать. Чтобы сделать это, необходимо установить значение Local version и активировать опцию Automatically append version information to the version string в соответствующей строке раздела General setup.

В принципе, для сборки ядра не требуются полномочия root, несмотря на то, что для установки нового ядра эти полномочия необходимы.

Чтобы начать сборку ядра 2.6, необходимо выполнить make.

Чтобы начать сборку ядра 2.4, необходимо выполнить 3 команды:
make dep
make bzImage
make modules
Первая создает файлы необходимых зависимостей. Вторая собирает ядро. И последняя собирает модули.

Установка нового ядра

После окончания сборки ядра, его необходимо установить. Перед установкой, необходимо выполнить make modules_install для установки модулей ядра в новый подкаталог /lib/modules. После установки модулей, необходимо выполнить make install для установки нового ядра и стартового RAM-диска (initial RAM disk) в каталог /boot и обновления конфигурации загрузчика.

Хочу обратить внимание, что в процессе сборки автоматически создается необходимый стартовый RAM-диск (initial RAM disk или initrd). Если у вас возникнет необходимость создать его вручную, это можно сделать при помощи команды mkinitrd.

После выполнения make install должен обновиться конфигурационный файл загрузчика. Но у меня он почему-то  обновился после команды update-grub.

На этом и закончу. Очень большая статья получилась. В ближайшем будущем постараюсь ее ужать.

Что еще почитать?

1. Gentoo Handbook: http://www.gentoo.org/doc/ru/handbook/handbook-x86.xml?full=1#book_part1_chap7
2. Ставим ядро 2.6, или Ядерная физика для домохозяйки. Версия 2.0: http://linux4u.jinr.ru/docs/add04/kernel-2.6-install-2.0.html
3. The Linux Kernel Module Programming Guide (Программирование ядра Linux): http://linux4u.jinr.ru/docs/add04/lkmpg.html
4. Linux From Scratch: http://linux4u.jinr.ru/docs/add04/LFS-BOOK-5.0-HTML/

Резюме

Подведу маленький итог написанному. Скажу сразу, что загрузиться с переконфигурированного ядра мне удалось раза с пятого:) Посему – пробуйте, экспериментируйте! VirtualBox вам в помощь:)

По моему мнению, указанную в статье процедуру целесообразно выполнять либо при необходимости выиграть несколько мегабайт свободной памяти, либо добавить необходимые модули/драйвера (конечно, можно и другие причины придумать, например для экспериментов ). При этом, в первом случае, сборка ядра растягивается на неопределенный промежуток времени и неопределенное количество попыток сборки и перезагрузки для того чтобы получить “идеально” оптимизированное под железо и заточенное под себя ядро. Во втором случае, сборка ядра сводится к нескольким шагам: 1. получение исходников, 2. подготовка ядра к компиляции, 2.1 выполнение make cloneconfig перед make menuconfig для копирования текущих настроек ядра, 3. Выполнение make menuconfig или другой цели для конфигурирования и добавления новых параметров, 4. Компиляция и установка по вышеуказанной инструкции.

Итак, сборка и настройка индивидуального ядра состоит из нескольких этапов: 1. получение исходников ядра, 2. Конфигурирование ядра, 3. Сборка (компиляция) ядра, 4. Установка ядра. первый этап – это команда wget, второй – make menuconfig, третий – make. Вот так

Буду рад Вашим комментариям.

upd 2010.01.15: добавил новую цель – make nconfig (спасибо S_paul за коммент)

С Уважением, Mc.Sim!

---

Теги: bash, dpkg, GRUB, kernel, Linux, команды, основы