编译安装调试Linux内核

本文最后更新于：2023年8月6日 晚上

编译安装内核

下载内核

Linux内核下载The Linux Kernel Archives

安装依赖

1
sudo apt-get install gcc g++ libncurses5-dev build-essential kernel-package libssl-dev libc6-dev bin86 flex bison qttools5-dev libelf-dev

更改.config

1
2
#拷贝现有ubuntu的.config至编译内核的目录
cp -v /boot/config-$(uname -r) .config
1
make menuconfig
  1. 打开.config更改CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS 和CONFIG_SYSTEM_REVOCATION_KEYS
1
2
3
CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS=''
CONFIG_SYSTEM_EXTRA_CERTIFICATE_SIZE=2048
CONFIG_SYSTEM_REVOCATION_KEYS=""
  1. 更改CONFIG_DEBUG_INFO_BTF
1
CONFIG_DEBUG_INFO_BTF=n
  1. 注释掉CONFIG_X86_X32
1
#CONFIG_X86_X32=y

编译内核

1
2
3
4
5
6
7
8
9
#基于文本选单的配置界面，字符终端下推荐使用
make menuconfig

make -j$(nproc)

make all

# 编译模块
make -j$(nproc) modules

安装

首先安装模块

这里加上INSTALL_MOD_STRIP=1是为了避免内核启动时卡在 loading initial ramdisk

1
sudo make INSTALL_MOD_STRIP=1 modules_install

安装内核

1
2
make bzImage
sudo make install

更改引导

1
sudo update-initramfs -c -k 5.10.0

更改grub

修改文件

1
sudo vi /etc/default/grub
1
2
#GRUB_TIMEOUT_STYLE=hidden
GRUB_TIMEOUT=10

更新

1
sudo update-grub

重启

1
reboot

在GRUB页面选择Advanced options for Ubuntu

image-20230515104210488

选择需要启动的内核版本

image-20230517111217516

image-20230517111217516

安装新内核之前的内核版本

image-20230517110513053

安装新内核之后

若重启未看到选择内核的页面参考

其他操作

清理内核源目录

1
2
3
4
# make mrproper会删除配置的.config以及其他备份
sudo make mrproper
# make clean会删除编译过程中生成的中间文件和内核镜像文件
sudo make clean

卸载安装的内核

获取所有安装的内核版本

1
dpkg --get-selections | grep linux

选择要卸载的版本，卸载下列安装包

1
2
3
4
sudo apt remove linux-image-<版本>-generic
sudo apt remove linux-headers-<版本>
sudo apt remove linux-headers-<版本>-generic
sudo apt remove linux-modules-<版本>-generic

卸载源码版本

1
2
3
4
5
sudo rm /boot/vmlinuz-5.10.0
sudo rm /boot/initrd.img-5.10.0
sudo rm /boot/System.map-5.10.0
sudo rm /boot/config-5.10.0
sudo rm -rf /lib/modules/5.10.0

更新启动引导

1
sudo update-grub

修改内核配置菜单实现对新加入内核源码的控制

  1. 将源码拷贝到内核对应的文件夹下

  2. 为配置界面添加控制新加入源代码的内容

    在加入源码的目录下创建Kconfig文件，便添加相应控制内容

  3. 修改上层Kconfig文件，包含新加入源码的Kconfig文件。

  4. 修改Makefile文件

  5. 修改上一级目录的Makefile

1
2
make[1]: *** No rule to make target 'debian/canonical-certs.pem', needed by 'certs/x509_certificate_list'.  Stop.
make: *** [Makefile:1868: certs] Error 2

解决方法(104) how to fix the error “No rule to make target ‘debian canonical certs pem’, needed by ‘certs x509 cer - YouTube：

1
2
nano .config
查找到debian/canonical-certs.pem和debian/canonical-revoked-certs.pem字符串删除
1
BTF: .tmp_vmlinux.btf: pahole (pahole) is not available

解决方法

1
sudo apt install dwarves

常见问题

1. Module.symvers is missing

1
2
3
WARNING: Symbol version dump "Module.symvers" is missing.
         Modules may not have dependencies or modversions.
         You may get many unresolved symbol warnings.

执行

1
make modules_prepare

2. No rule to make target ‘debian/canonical-certs.pem‘, needed by ‘certs/x509_certificate_list‘

可以修改config：

vim .config

修改CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS，将其置空： CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS=””也可能需要设置CONFIG_SYSTEM_REVOCATION_KEYS为空。

3. FAILED:load BTF from vmlinux:No such file or directory

vim .config

修改CONFIG_DEBUG_INFO_BTF，将其置n

4. 安装完内核之后无法显示GRUB用以选择内核启动

进入命令行之后执行

1
sudo vi /etc/default/grub

注释掉

1
# GRUB_TIMEOUT_STYLE=hidden

修改

1
2
3
GRUB_TIMEOUT=10

GRUB_COMLINE_LINUX_DEFAULT="text"

image-20230515103459264

执行

1
sudo update-grub

image-20230515103559801

5. 内核启动卡在loading initial ramdisk

编译内核过程中，当安装内核模块时未使用

1
INSTALL_MOD_STRIP=1

标注，会导致initrd文件过大，Ubuntu 20.04所用的Grub 2.04无法支持过大的initrd文件（如500M），导致内核启动时卡在“loading initial ramdisk”（Can’t allocate initrd）。

可行的办法：

安装模块时加上INSTALL_MOD_STRIP=1

1
sudo make INSTALL_MOD_STRIP=1 modules_install

6. sign-file: : No such file or directory

报错信息：

image-20230516082845572

解决方法：

将.config的 CONFIG_MODULE_SIG_KEY="cert/signing_key.pem"恢复后解决。

1
CONFIG_MODULE_SIG_KEY="cert/signing_key.pem"

7. zstd: not found

1
2
3
4
ZSTD22  arch/x86/boot/compressed/vmlinux.bin.zst
/bin/sh: 1: zstd: not found
make[2]: *** [arch/x86/boot/compressed/Makefile:134：arch/x86/boot/compressed/vmlinux.bin.zst] 错误 127
make[2]: *** 正在删除文件“arch/x86/boot/compressed/vmlinux.bin.zst” make[1]: *** [arch/x86/boot/Makefile:115：arch/x86/boot/compressed/vmlinux] 错误 2

解决方法

在配置内核时更改Kernel compression mode为LZMA

1
2
General setup  --->
	Kernel compression mode (LZMA)  --->

保存后重新编译安装即可。

单独编译Linux内核的某一个模块

找到对应的模块文件夹，找到需要编译的文件，确认编译的config文件

1
make CONFIG_INFINIBAND=m -C <源码> M=<模块文件夹> modules

qemu+gdb调试linux内核

安装qemu

1
sudo apt install qemu

配置调试版内核

对内核进行调试需要解析符号信息，所以得编译一个调试版内核。

1
2
cd linux-5.15
make menuconfig

这里需要开启内核参数CONFIG_DEBUG_INFO和CONFIG_GDB_SCRIPTS。GDB提供了Python接口来扩展功能，内核基于Python接口实现了一系列辅助脚本，简化内核调试，开启CONFIG_GDB_SCRIPTS参数就可以使用了。

1
2
3
4
5
Kernel hacking  --->
    [*] Kernel debugging
    Compile-time checks and compiler options  --->
        [*] Compile the kernel with debug info
        [*]   Provide GDB scripts for kernel debugging

构建initramfs根文件系统

Linux系统启动阶段，boot loader加载完内核文件vmlinuz后，内核紧接着需要挂载磁盘根文件系统，但如果此时内核没有相应驱动，无法识别磁盘，就需要先加载驱动，而驱动又位于/lib/modules，得挂载根文件系统才能读取，这就陷入了一个两难境地，系统无法顺利启动。于是有了initramfs根文件系统，其中包含必要的设备驱动和工具，boot loader加载initramfs到内存中，内核会将其挂载到根目录/,然后运行/init脚本，挂载真正的磁盘根文件系统。

这里借助BusyBox构建极简initramfs，提供基本的用户态可执行程序。

编译BusyBox，配置CONFIG_STATIC参数，编译静态版BusyBox，编译好的可执行文件busybox不依赖动态链接库，可以独立运行，方便构建initramfs。

1
2
cd busybox-1.28.0
make menuconfig
1
2
Settings  --->
    [*] Build static binary (no shared libs)
1
2
make -j 20
make install

会安装在_install目录:

1
2
ls _install
bin  linuxrc  sbin  usr

创建initramfs，其中包含BusyBox可执行程序、必要的设备文件、启动脚本init。这里没有内核模块，如果需要调试内核模块，可将需要的内核模块包含进来。init脚本只挂载了虚拟文件系统procfs和sysfs，没有挂载磁盘根文件系统，所有调试操作都在内存中进行，不会落磁盘。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
mkdir initramfs
cd initramfs
cp ../_install/* -rf ./
mkdir dev proc sys
sudo cp -a /dev/{null, console, tty, tty1, tty2, tty3, tty4} ./dev/
rm linuxrc
vim init
chmod a+x init
ls
bin   dev  init  proc  sbin  sys   usr

init文件的内容

1
2
3
4
5
#!/bin/sh
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
echo -e "\nBoot took $(cut -d' ' -f1 /proc/uptime) seconds\n"
exec /bin/sh

打包initramfs

1
find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../initramfs.cpio.gz

调试

1
2
cd busybox-xxx
qemu-system-x86_64 -s -kernel /path/to/vmlinux -initrd initramfs.cpio.gz -nographic -append "console=ttyS0"
  • -s 是-gdb tcp::1234的缩写，监听1234端口，在GDB中通过target remote localhost:1234连接；
  • -kernel 指定编译好的调试内核vmlinux路径；
  • initrd 指定制作好的initramfs；
  • -nographic取消图形输出窗口，试qemu成简单的命令行程序。
  • -append "console=ttyS0"将输出重定向到console，将会显示在标准输出stdio。

启动后的根目录

1
2
/ ls
bin   dev  init  proc  root  sbin  sys   usr

参考

使用QEMU和GDB调试Linux内核 | Consen

Linux下使用内核源码单独编译某一模块 - tycoon3 - 博客园 (cnblogs.com)

内核错误: No rule to make target ‘debian/canonical-certs.pem‘, needed by ‘certs/x509_certificate_list‘_no rule to make target ‘debian/canonical-certs.pem_蓝天居士的博客-CSDN博客

Linux 内核 下载 编译 安装 2021 ubuntu_yaoxinJJJ的博客-CSDN博客

内核Module.symvers文件揭秘 - Linux内核编程 | 宅学部落 (zhaixue.cc)

如何编译安装Linux内核 - LightningStar - 博客园 (cnblogs.com)

ubuntu上更新和卸载Linux内核 - 广漠飘羽 - 博客园 (cnblogs.com)

关于Ubuntu内核(更新和卸载内核、取消自动更新) · Issue #1 · chiwent/blog (github.com)

自行编译内核，启动内核卡在“loading initial ramdisk”_启动卡在initrd_奇妙之二进制的博客-CSDN博客

linux——编译内核（ubuntu18.04+linux-5.6.4）

编译内核 make modules_install报错SSL error:02001002:system library:fopen:No such file or directory_ssl: error:02001002_酱山楂的博客-CSDN博客

中文翻译 — The Linux Kernel documentation Linux内核中文文档。

[arch/x86/boot/compressed/vmlinux.bin.lzma] Error 1_sustwct的博客-CSDN博客

Linux
#Linux #qemu
编译安装调试Linux内核
http://example.com/2023/06/13/编译安装调试Linux内核/
作者
Eddy
发布于
2023年6月13日
许可协议