Linux 2.6内核的编译步骤及模块的动态加载

05年本科毕业设计做的是Linux下驱动的剖析，当时就买了一本《Linux设备驱动程序（第二版）》，但是没有实现将最简单的helloworld程序编译成模块，加载到kernel里。不过，现在自己确实打算做一款芯片的Linux的驱动，因此，又开始看了《Linux设备驱动程序》这本书，不过已经是第三版了。第二版讲的是2.4的内核，第三版讲的是2.6 的内核。两个内核版本之间关于编译内核以及加载模块的方法都有所变化。

本文是基于2.6的内核，也建议各位可以先看一下《Linux内核设计与实现（第二版）》作为一个基础知识的铺垫。当然，从实践角度来看，只要按着以下的步骤去做也应该可以实现成功编译内核及加载模块。

个人用的Linux版本为：Debian GNU/Linux，内核版本为：2.6.20-1-686.

（1）第一步，下载Linux内核的源代码，即构建LDD3（Linux Device Drivers 3rd）上面所说的内核树。
如果安装的Linux系统中已经自带了源代码的话，应该在/usr/src目录下。如果该目录为空的话，则需要自己手动下载源代码。下载代码的方法和链接很多，也可以在CU上下载。不过，下载的内核版本最好和所运行的Linux系统的内核版本一致。当然，也可以比Linux系统内核的版本低，但高的话应该不行（个人尚未实践）。
Debian下可以很方便的通过Debian源下载：
首先查找一下可下载的内核源代码：
# apt-cache search linux-source
其中显示的有:linux-source-2.6.20,没有和我的内核版本完全匹配，不过也没关系，直接下载就可以了：
# apt-get install linux-source-2.6.20
下载完成后，安装在/usr/src下，文件名为：linux-source-2.6.20.tar.bz2,是一个压缩包，解压缩既可以得到整个内核的源代码：
# tar jxvf linux-source-2.6.20.tar.bz2
解压后生成一个新的目录/usr/src/linux--source-2.6.20，所有的源代码都在该目录下。
注：该目录会因内核版本的不同而不同，各位动手实践的朋友只需知道自己的源代码所在的具体位置即可。

（2）第二步：配置及编译内核。
进入/usr/src/linux--source-2.6.20目录下，可以看到Makefile文件，它包含了整个内核树编译信息。该文件最上面四行是关于内核版本的信息。对于整个Makefile可以不用做修改，采用默认的就可以了。
一般情况下，需要先用命令诸如"make menuconfig", "make xconfig"或者"make oldcofig"对内核进行配置，这几个都是对内核进行配置的命令，只是它们运行的环境不一样，执行一下这几个命令中的任何一个即可对内核进行配置：
make menuconfig是基于界面的内核配置方法，make xconfig应该是基于QT库的，还有make gcofig也是基于图形的配置方法，应该是需要GTK的环境，make oldcofig就是对内核树原有的.config文件进行配置一下即可。
其实内核的配置部分，主要是保证内核启动模块可动态加载的配置，默认配置里面应该已经包含了这样的内容，因此，我用的是make oldconfig.

在内核源码的目录下执行的所有步骤如下：
# make mrproper
# make xconfig (make menuconfig, make oldconfig)
# make (2.4下可能要执行# make bzImage，但2.6下面就不用了)

这个过程可能要持续一个小时左右，因此是对整个内核重新编译了。执行结束后，可以看到在当前目录下生成了一个新的文件: vmlinux, 其属性为-rwxr-xr-x。
然后执行：
# make modules
# make modules_install
对内核的所有模块进行编译和安装。其中make modules也可以不用执行，直接make modules_install就可以了，因为执行make时已经包含了生成内核模块的动作。

执行结束之后，会在/lib/modules下生成新的目录/lib/modules/2.6.20/。 在随后的编译模块文件时，要用到这个路径下的build目录。

（3）引导新编译的内核
对整个内核编译完成后，就需要让系统可以启动新编译的内核。在2.4版本中，如果需要引导新编译的内核，则要通过以下四个步骤：
a. 拷贝内核镜像至boot下
# cp kernel_dir/arch/i386/boot/bzImage /boot/vmlinuz-kernel-version

b.拷贝System.map至/boot下
# cp System.map /boot/System.map-kernel-version

c. 在boot下生成内核的img文件
# /sbin/mkinitrd initrd-kernel-version.img

d.修改引导文件grub.conf或者lilo.conf,添加新内核的启动项。

而在2.6内核下，实现以上四个步骤只用一个简单的命令即可实现：
内核目录下执行：
# make install

如果没有添加引导菜单的话，就手工添加即可。

至此，内核编译完成。可以重启一下系统。

内核的详细配置请见另外一位网友的帖子，这里给出链接：
http://linux.chinaunix.net/bbs/v ... p%3Bfilter%3Ddigest

第三步：编写模块文件及Makefile
以LDD3上的hello.c为例：
//hello.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

static int hello_init(void)
{
    printk(KERN_ALERT "Hello, world\n");
    return 0;
}

static void hello_exit(void)
{
    printk(KERN_ALERT"Goodbye, cruel world\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

Makefile文件的内容为:

obj-m := hello.o
KERNELDIR := /lib/modules/2.6.20/build
PWD := $(shell pwd)

modules:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

modules_install:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install

clean:
    rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions

其中,hello.c和Makefile文件应该位于同一个目录下,可以放在/home下,我的两个文件都位于/home/david/.

第四步:编译和装载模块

在文件所处的目录下,执行:
debian:/home/david # make

然后查看该目录下有哪些文件生成:
debian:/home/david # ls -l
总计 28
drwxr-xr-x 2 david david 4096 2007-02-07 17:49 Desktop
-rw-r--r-- 1 david david  462 2007-07-20 13:42 hello.c
-rw-r--r-- 1 root  root  2432 2007-07-20 13:55 hello.ko
-rw-r--r-- 1 root  root   607 2007-07-20 13:55 hello.mod.c
-rw-r--r-- 1 root  root  1968 2007-07-20 13:55 hello.mod.o
-rw-r--r-- 1 root  root  1140 2007-07-20 13:55 hello.o
-rw-r--r-- 1 david david  267 2007-07-20 13:48 Makefile
-rw-r--r-- 1 root  root     0 2007-07-05 14:11 Module.symvers

可见,已经生成模块文件hello.ko.
然后,就可以加载该模块:
debian:/home/david # insmod hello.ko

查看模块是否加载进内核:
debian:/home/david # lsmod
Module                  Size  Used by
hello                   1344  0
nfs                   219468  0
nfsd                  202224  17
...                 ...

其中Module名为hello的即为我们所加载的模块.

卸载模块:

debian:/home/david # rmmod hello

同样可以通过lsmod来查看该模块是否被卸载.

这里有两个问题,其一就是printk()输出的问题.LDD3上也说,在加载和卸载模块的时候都会有信息输出在屏幕上,如果在Windows下通过终端仿真器(我们常用的虚拟机算是一种),则在屏幕上看不到任何输出.我同时在虚拟机和和物理机都运行了该模块,均未看到有"Hello, world"(加载模块时printk的输出)或"Goodby, cruel world"(卸载模块时printk的输出). 这个不知道是我操作系统发行版的原因还是系统配置的问题,请了解这个问题的朋友指点一下.

其二,书上讲到如果屏幕上看不到信息,可能输出在某个日志文件里面了,并说可能在/var/log/messages文件中.并且看到网上很多网友也说是输出到这个文件里面.我不知道有没有发现输出在其他日志文件里的,不过我的这个信息输出在/var/log/syslog里面.在加载和卸载完该模块后, 执行命令:
debian:/home/david # cat /var/log/syslog | grep world
可以看到有两行内容.当然,也可以不用grep world, 应该会出现在最后两行.

Jul 20 14:15:29 localhost kernel: Hello, world
Jul 20 14:15:34 localhost kernel: Goodbye, cruel world

这就是printk应该输出的信息.

这里有另外一个方法,可以实现printk的信息输出在屏幕上,即更改printk输出的优先级.例子中的优先级为:KERN_ALERT,优先级为<1>,如果将优先级改为KERN_EMERG即<0>,则可以看到屏幕的输出信息.
修改的方法只是修改一下hello.c中两句printk()的内容,修改后的hello.c如下:

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

static int hello_init(void)
{
    printk(KERN_EMERG "Hello, world\n");  /*改动部分*/
    return 0;
}

static void hello_exit(void)
{
    printk(KERN_EMERG"Goodbye, cruel world\n"); /*改动部分*/
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

同样的方法编译生成模块,再次用insmod和rmmod,则在屏幕上看到的输出信息为:

debian:/home/david# insmod hello.ko
debian:/home/david#
Message from syslogd@localhost at Fri Jul 20 14:27:32 2007 ...
localhost kernel: Hello, world

debian:/home/david# rmmod hello
debian:/home/david#
Message from syslogd@localhost at Fri Jul 20 14:27:42 2007 ...
localhost kernel: Goodbye, cruel world

debian:/home/david
但是,是否能够将printk()的优先级改为KERN_EMERG值得商榷.因为在Linux Kernel Development中,对该优先级的描述为: An emergency condition; the system is probably dead.

以上就是整个2.6内核编译步骤以及模块动态加载的方法.理解和解释有误的地方,也请各位浏览本文的朋友指点,也希望能和对内核和驱动感兴趣的朋友交流.

本文也参考了一位网友博客上一篇关于编译2.6内核的文章,这里给出链接:
http://blog.csdn.net/wooin/archive/2007/05/21/1619141.aspx

【08-10】补充：本文最后所提到的模块加载和卸载时没有看到屏幕的输出信息，即printk输出的问题。经过实践之后，本人发现了个人的原因，和大家交流一下。 LDD3书中所说的看不到输出指的是在终端仿真器，就是我们平时在X-Window下用的终端，譬如我用的时Gnome-Terminal，在这种情况下看不到屏幕的输出。而我上面的例程正是在终端下运行的。当时没想到切换到控制台Console运行一下试试。今天在控制台运行了，发现无论是在虚拟机还是物理机下，只要在Console下面运行，是可以看到屏幕输出的。