環(huán)境
宿主機(jī): Ubuntu 20.04
下載的Linux版本: Linux-5.8.1
可以通過(guò) cat /proc/version 或 uname -a 查看宿主機(jī)版本, 然后再選擇對(duì)應(yīng)的版本下載.
v-dev@vdev-VirtualBox:~$ uname -r
5.8.0-63-generic
v-dev@vdev-VirtualBox:~$ ll /usr/src
total 24
drwxr-xr-x 6 root root 4096 8月 1 10:13 ./
drwxr-xr-x 14 root root 4096 4月 23 2020 ../
drwxr-xr-x 24 root root 4096 4月 23 2020 linux-headers-5.4.0-26/
drwxr-xr-x 7 root root 4096 4月 23 2020 linux-headers-5.4.0-26-generic/
drwxr-xr-x 7 root root 4096 8月 1 09:39 linux-headers-5.8.0-63-generic/
drwxr-xr-x 24 root root 4096 8月 1 09:39 linux-hwe-5.8-headers-5.8.0-63/
更新 /etc/apt/sources.list
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-security main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-security main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-updates main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-proposed main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-proposed main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-backports main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ focal-backports main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ focal main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ focal-updates main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ focal-backports main restricted universe multiverse
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ubuntu/ focal-security main restricted universe multiverse
apt-get update
sudo apt-get install build-essential gcc make perl dkms
sudo apt-get install flex
sudo apt-get install bison
sudo apt-get install libncurses5-dev
sudo apt-get install libssl-dev
sudo apt-get install libelf-dev
reboot
編譯內(nèi)核源碼
1.下載內(nèi)核源碼步驟
2.解壓源碼包
如果下載的文件類型是linux-5.8.1.tar.xz則需要兩步解壓
xz -d linux-5.8.1.tar.xz
tar -xvf linux-5.8.1.tar
如果下載的文件類型是linux-5.8.1.tar.gz則只需要一步解壓
tar -xvf linux-5.8.1.tar.gz
3.指定硬件架構(gòu)體系
# export ARCH=x86
4.配置board config
進(jìn)入解壓后的linux-5.8.1目錄執(zhí)行以下命令
# sudo make x86_64_defconfig
結(jié)果如下圖
5.配置內(nèi)核
繼續(xù)執(zhí)行 sudo make menuconfig命令
6.編譯內(nèi)核
好長(zhǎng)時(shí)間...
內(nèi)核編譯完成
測(cè)試自己寫的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
在linux-5.8.1目錄下創(chuàng)建debug目錄,并創(chuàng)建my_char_device.c和Makefile兩個(gè)文件
并不是說(shuō)這里的my_char_device.c依賴于linux-5.8.1目錄下的文件, 它依賴的是宿主機(jī)的文件. 之所以把它放在linux-5.8.1目錄下, 是后期會(huì)把它編譯到linux-5.8.1內(nèi)核中. 如果你只是為了測(cè)試自己寫的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序, my_char_device.c可以任意放置, 甚至也不需要下載和編譯linux-5.8.1
字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)源文件 my_char_device.c
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/uaccess.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
static struct class *struct_class;
static int dev_major;
static int open(struct inode *pinode, struct file *pfile)
{
printk(KERN_WARNING "L%d->%s() major=%d,minor=%d\n", __LINE__, __FUNCTION__, imajor(pinode), iminor(pinode));
return 0;
}
static ssize_t read(struct file *pfile, char __user *pbuf, size_t count, loff_t *off)
{
int ret;
// 用戶態(tài)應(yīng)用程序調(diào)用read方法時(shí)返回這里定義的字符數(shù)組數(shù)據(jù)
char data[] = "data from my_char_device";
int len = min(count, sizeof(data));
ret = copy_to_user(pbuf,data,len);
printk(KERN_WARNING "L%d->%s()\n", __LINE__, __FUNCTION__);
return ret;
}
static ssize_t write(struct file *pfile, const char *pbuf, size_t count, loff_t *off)
{
int ret;
char data[100];
int len = min(count, sizeof(data));
ret = copy_from_user(data,pbuf,len);
printk(KERN_WARNING "L%d->%s():%s\n", __LINE__, __FUNCTION__, data);
return count;
}
static int release(struct inode *pinode, struct file *pfile)
{
printk(KERN_WARNING "L%d->%s()\n", __LINE__, __FUNCTION__);
return 0;
}
static struct file_operations fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = open,
.read = read,
.write = write,
.release = release,
};
static int my_char_device_init(void)
{
printk(KERN_INFO "my_char_device init!\n");
// 查看cat /proc/devices 查看未使用的設(shè)備號(hào)
// my_char_device 設(shè)備文件名稱
dev_major = register_chrdev(0, "my_char_device", &fops);
struct_class = class_create(THIS_MODULE, "my_char_class");
// 自動(dòng)創(chuàng)建設(shè)備文件 也可以通過(guò) `mknod /dev/my_char_device c 200 2` 手動(dòng)創(chuàng)建設(shè)備文件
device_create(struct_class, NULL, MKDEV(dev_major, 2), NULL, "my_char_device");
return 0;
}
static void my_char_device_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT "my_char_device exit!\n");
device_destroy(struct_class, MKDEV(dev_major, 2));
class_destroy(struct_class);
unregister_chrdev(dev_major, "my_char_device");
}
module_init(my_char_device_init);
module_exit(my_char_device_exit);
Makefile
obj-m := my_char_device.o
KERNEL_DIR := /usr/src/linux-headers-$(shell uname -r)
PWD := $(shell pwd)
default:
make -C ${KERNEL_DIR} M=${PWD} modules
clean:
rm -f *.o *.ko *.mod.c *.mod.o modules.* Module.*
編譯模塊
插入和卸載模塊
通過(guò)執(zhí)行dmesg命令查看輸出信息
插入模塊之后
在/sys/class目錄下會(huì)出現(xiàn)一個(gè)my_char_class目錄.
在/dev/目錄下會(huì)出現(xiàn)一個(gè)my_char字符設(shè)備文件.
測(cè)試一下自己寫的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
main.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int fd;
char data[100];
fd = open("/dev/my_char_device", O_RDWR);
read(fd, data, 100);
printf("%s\n", data);
char info[100] = "www.infuq.com";
write(fd, info, 14);
return 0;
}
編譯&執(zhí)行
返回的數(shù)據(jù)data from my_char_device 就是上面驅(qū)動(dòng)程序my_char_device_read方法中定義的數(shù)據(jù).
將自己寫的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序編譯到內(nèi)核中
一路走下來(lái), 我們編譯了內(nèi)核, 也寫了自己的驅(qū)動(dòng)程序. 現(xiàn)在就要把自己寫的驅(qū)動(dòng)程序編譯到內(nèi)核中.
1.將我們寫的my_char_device.c文件拷貝到linux-5.8.1/drivers/char目錄下,效果圖如下
因?yàn)槲覀儗懙氖亲址O(shè)備驅(qū)動(dòng),因此必須拷貝到指定的目錄下. 之前寫的Makefile文件不需要拷貝.
2.編輯Kconfig文件
添加一項(xiàng)config,如下圖.
經(jīng)過(guò)上面的配置,在接下來(lái)配置內(nèi)核選項(xiàng)的時(shí)候就可以看到我們添加的選項(xiàng)了
3.編輯Makefile
這里的Makefile是linux-5.8.1/drivers/char目錄下自己的Makefile, 并不是我們上面自己寫的Makefile
添加如下一行內(nèi)容
這里的CONFIG_MY_CHAR_DEVICE不能隨便寫. 在上一步編輯Kconfig文件時(shí), 我們添加的一個(gè)選項(xiàng)是config MY_CHAR_DEVICE, 因此這一步就要寫CONFIG_MY_CHAR_DEVICE. 如果上一步我們?cè)O(shè)置的選項(xiàng)是config TMP_DEVICE, 那么這一步就要寫CONFIG_TMP_DEVICE.
3.編譯內(nèi)核
如上圖, 依次執(zhí)行 export ARCH=x86 , sudo make x86_64_defconfig , sudo make menuconfig 命令.
在執(zhí)行sudo make menuconfig命令會(huì)彈出彈框, 依次選擇 Device Drivers -> Character devices , 最后會(huì)看到如下界面, 就看到了我們自己的字符設(shè)備選項(xiàng), 把它勾選, 那么就會(huì)自動(dòng)編譯到內(nèi)核中了.
編譯內(nèi)核 sudo make
如上圖, 的確看到了把我們自己寫的驅(qū)動(dòng)程序編譯到了內(nèi)核中.
替換內(nèi)核
經(jīng)過(guò)上面的步驟, 我們驗(yàn)證了自己寫的字符驅(qū)動(dòng)程序是正確的, 我們也成功的把自己寫的字符驅(qū)動(dòng)程序編譯進(jìn)入了內(nèi)核. 這一次, 我們需要把我們已經(jīng)成功編譯的內(nèi)核版本5.8.1替換掉宿主機(jī)自己的內(nèi)核版本.
1.sudo make modules_install 安裝內(nèi)核模塊
2.sudo make install 安裝內(nèi)核
3.修改grub
sudo vi /etc/default/grub
ubuntu20修改成如上效果, 其他版本請(qǐng)讀者朋友自行解決
4.sudo update-grub
5.重啟機(jī)器
如上圖,選擇'Advanced options for Ubuntu'
如上圖,選擇我們之前編譯的5.8.1版本內(nèi)核進(jìn)行啟動(dòng)
啟動(dòng)之后,查看版本
查看我們自己的字符驅(qū)動(dòng)是否被加載了
再次調(diào)用我們之前測(cè)試字符設(shè)備的程序,數(shù)據(jù)也正常返回.
一路走來(lái), 編譯內(nèi)核 -> 自己寫個(gè)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 -> 把自己寫的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序加載進(jìn)內(nèi)核并再次編譯內(nèi)核 -> 替換掉系統(tǒng)自身內(nèi)核,使用我們自己的內(nèi)核.
基于以上, 后面就可以修改一下內(nèi)核數(shù)據(jù), 調(diào)試內(nèi)核, 驗(yàn)證一些結(jié)論就有一些幫助了.
測(cè)試塊驅(qū)動(dòng)
my_disk.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/mount.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <mach/devices.h>
#include <mach/soc.h>
#include <mach/platform.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/genhd.h>
#include <linux/blkdev.h>
#include <linux/hdreg.h>
#include <linux/vmalloc.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
#define VDISK_SIZE 10 * 1024 * 1024 // 10M
#define SECTOR_SIZE 512
static int my_disk_major;
static struct gendisk *gdisk;
static spinlock_t lock;
unsigned char *vmem; // 基于內(nèi)存的磁盤,即把內(nèi)存中的某塊區(qū)域當(dāng)成磁盤使用.
static int my_disk_open(struct block_device *dev, fmode_t mod)
{
return 0;
}
static int my_disk_getgeo(struct block_device *blk, struct hd_geometry *geo)
{
geo->heads = 4;
geo->sectors = 16;
geo->start = 0;
geo->cylinders = 10 * 1024 * 1024 / 512 /4 /16;
return 0;
}
static struct block_device_operations my_disk_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = my_disk_open,
.getgeo = my_disk_getgeo,
}
static void handle_disk_request(struct request_queue *queue)
{
struct request *req;
unsigned int size,off;
req = blk_fetch_request(queue);
while (req)
{
size = blk_rq_cur_bytes(req);
off = req->__sector * SECTOR_SIZE;
if (rq_data_dir(req) == READ)
memcpy(req->buffer, vmem + off, size);
else if (rq_data_dir(req) == WRITE)
memcpy(vmem + off, req->buffer, size);
if (!__blk_end_request_cur(req, 0))
req = blk_fetch_request(queue);
}
}
static int __init my_disk_init(void)
{
vmem = vmalloc(VDISK_SIZE);
my_disk_major = register_blkdev(0, "my_disk");
gdisk = alloc_disk(3);
gdisk->major = my_disk_major;
gdisk->first_minor = 1;
gdisk->fops = &my_disk_fops;
strcpy(gdisk->disk_name, "my_ram_disk");
spin_lock_init(&lock);
gdisk->queue = blk_init_queue(handle_disk_request, &lock);
set_capacity(gdisk, VDISK_SIZE / SECTOR_SIZE);
add_disk(gdisk);
return 0;
}
static void __exit my_disk_exit(void)
{
del_gendisk(gdisk);
put_disk(gdisk);
unregister_blkdev(my_disk_major, "my_disk");
vfree(vmem);
}
module_init(my_disk_init);
module_exit(my_disk_exit);
編譯busybox
1.下載解壓
https://busybox.net/downloads/busybox-1.30.0.tar.bz2
解壓命令tar -xvf busybox-1.30.0.tar.bz2
解壓到與linux-5.8.1目錄同級(jí)
2.配置
3.編譯和安裝
完成之后會(huì)生成一個(gè)_install目錄,進(jìn)入此目錄
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ mkdir etc dev mnt
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ mkdir -p proc sys tmp mnt
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ mkdir -p etc/init.d/
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ vim etc/fstab
proc /proc proc defaults 0 0
tmpfs /tmp tmpfs defaults 0 0
sysfs /sys sysfs defaults 0 0
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ vim etc/init.d/rcS
echo -e "Welcome to tinyLinux"
/bin/mount -a
echo -e "Remounting the root filesystem"
mount -o remount,rw /
mkdir -p /dev/pts
mount -t devpts devpts /dev/pts
echo /sbin/mdev > /proc/sys/kernel/hotplug
mdev -s
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ chmod 755 etc/init.d/rcS
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ vim etc/inittab
::sysinit:/etc/init.d/rcS
::respawn:-/bin/sh
::askfirst:-/bin/sh
::cttlaltdel:/bin/umount -a -r
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ chmod 755 etc/inittab
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 _install]$ cd dev
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 dev]$ sudo mknod console c 5 1
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 dev]$ sudo mknod null c 3 1
[x-dev@DESKTOP-EODNRN1 dev]$ sudo mknod tty1 c 4 1
制作最小的根文件系統(tǒng)
在busybox-1.30.0目錄下執(zhí)行以下命令
rm -rf rootfs.ext3
rm -rf fs
# 制作一個(gè)空鏡像
dd if=/dev/zero of=./rootfs.ext3 bs=1M count=32
# 將鏡像文件格式化成ext3格式
mkfs.ext3 rootfs.ext3
# 創(chuàng)建一個(gè)掛載點(diǎn)目錄
mkdir fs
# 將空鏡像掛載到掛載點(diǎn)
mount -o loop rootfs.ext3 ./fs
# 將根文件系統(tǒng)目錄和文件復(fù)制到掛載點(diǎn)
cp -rf ./_install/* ./fs
umount ./fs
# 將鏡像打包成內(nèi)核可以識(shí)別的格式
gzip --best -c rootfs.ext3 > rootfs.img.gz
啟動(dòng)
apt install qemu-system-x86
$ qemu-system-x86_64 \
# 內(nèi)核鏡像地址
-kernel ./linux-4.9.229/arch/x86_64/boot/bzImage \
# 根文件系統(tǒng)鏡像地址
-initrd ./busybox-1.30.0/rootfs.img.gz \
-append "root=/dev/ram init=/linuxrc" \
-serial file:output.txt
參考鏈接
