此文章发表于 2405 天以前，其内容可能已不再适用

博主去年双 11 购入 AMD Vega 显卡 (为了黑苹果免驱以及硬解)，发现 Linux 下无法驱动 Vega 显卡，4K 显示器分辨率被锁定为 1920x2160 的奇葩分辨率，无法接受。于是查阅了一下资料发现当时的内核 (Linux 4.12) 并不支持 AMD Vega 显卡，于是打算编译内核升级到最新版本，毕竟 Linux 的舒适使用对博主十分重要。现在分享一下 Linux Kernel 的编译教程。

注意：由于时间久远，博主的 Linux 已经升级 Ubuntu 18.04，自带内核版本为 Linux 4.15，所以演示平台为 Ubuntu 18.04，编译的内核版本为 Linux 4.18.5。另外，本文中部分图片来源网络。因为经典体系架构图现画比较麻烦。

Linux 内核简介

Linux Kernel Map

Linux 系统体系结构

如下图所示，Linux 体系结构，从大的方面可以分为用户空间 (User Space) 和内核空间 (Kernel Space) 两部分。

  • 用户空间中包含了 C 库，用户的应用程序。在某些体系结构图中还包含了 shell，当然 shell 脚本也是 Linux 体系中不可缺少的一部分。
  • 内核空间包括硬件平台、平台依赖代码、内核、系统调用接口。
  • 在任何一个现代操作系统中，都是分层的。为什么需要分层呢？

    从程序员的角度分析，将 linux 底层和应用分开，做应用的做应用，做底层的做底层，各干各的。经济学的基本原理是，分工产生效率。

    从安全性的角度分析，是为了保护内核。现代 CPU 通常都实现了不同的工作模式。

    以 ARM 为例：ARM 实现了 7 种工作模式，不同模式下 CPU 可以执行的指令或者访问的寄存器不同：(1) 用户模式 usr (2) 系统模式 sys (3) 管理模式 svc (4) 快速中断 fiq (5) 外部中断 irq (6) 数据访问终止 abt (7) 未定义指令异常。如果任何一个上层应用都可以调用寄存器，那样肯定是无法稳定执行的。而且因为出现了这个问题，出现了一个新的学科 “现代操作系统”，如果大家感兴趣可以看一下 “现代操作系统” 相关文章或者书籍。

    以 X86 为例：X86 实现了 4 个不同级别的权限，Ring0—Ring3 ;Ring0 下可以执行特权指令，可以访问 IO 设备；Ring3 则有很多的限制。如果分析一下 Android 的，这方面做的更加 “丧心病狂”，Android 所有的 APK 应用程序，都是在 Java 虚拟机上面运行，应用程序更加远离底层。

    另外，用户空间和内核空间是程序执行的两种不同状态，我们可以通过 “系统调用” 和 “硬件中断” 来完成用户空间到内核空间的转移。

Linux Kernel 体系结构

如下图所示，是 Linux 内核结构图。

SCI 层（System Call Interface）

这一层是给应用用户空间提供一套标准的系统调用函数来访问 Linux。前面分析 Linux 体系结构的时候，介绍过任何一类现代操作系统都不会允许上层应用直接访问底层，在 Linux 中，内核提供了一套标准接口，上层应用就可以通过这一套标准接口来访问底层。

PM（Procees Management）

这一部分包括具体创建进程（fork、exec）, 停止进程（kill、exit）, 并控制他们之间的通信（signal 等）。还包括进程调度，控制活动进程如何共享 CPU。这一部分是 Linux 已经做好的，在写驱动的时候，只需要调用对应的函数即可实现这些功能，例如创建进程、进程通信等等。

MM（Memory Management）

内存管理的主要作用是控制多个进程安全的共享内存区域。

VFS（Virtual File Systems）

虚拟文件系统，隐藏各种文件系统的具体细节，为文件操作提供统一的接口。在 Linux 中 “一切皆文件”，这些文件就是通过 VFS 来实现的。Linux 提供了一个大的通用模型，使这个模型包含了所有文件系统功能的集合。如下图所示，是一个虚拟文件系统的结构图。

DD（Device Drivers）

设备驱动，Linux 驱动一般分为网络设备、块设备、字符设备、杂项设备，需要我们编写的只有字符设备，杂项设备是不容易归类的一种驱动，杂项设备和字符设备有很多重合的地方。

PD（Physical Devices）

这一部分提供丰富的网络协议支持。

Linux Kernel 源码

官网

www.kernel.org

目录结构

  • arch：根据 cpu 体系结构不同而分的代码
  • block：部分块设备驱动程序
  • crypto：加密，压缩，CRC 校验算法
  • documentation：内核文档
  • drivers：设备驱动程序
  • fs (虚拟文件系统 vfs): 文件系统
  • include：内核所需的头文件，(与平台无关的头文件在 include/linux 中)
  • lib：库文件代码 (与平台相关的)
  • mm：实现内存管理，与硬件体系结构无关的 (与硬件体系结构相关的在 arch 中)
  • net：网络协议的代码
  • samples：一些内核编程的范例
  • scripts：配置内核的脚本
  • security：SElinux 的模块
  • sound：音频设备的驱动程序
  • usr：cpio 命令实现，用于制作根文件系统的命令 (文件系统与内核放到一块的命令)
  • virt：内核虚拟机

Linux Kernel 编译

下载 Linux Kernel 源码并拷贝到 /usr/src 目录

输入如下命令即可

awk
1
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.18.5.tar.xz && cp -f linux-4.18.5.tar.xz /usr/src

解压 Linux Kernel

输入如下命令即可

apache
1
cd /usr/src && tar -xvf linux-4.18.5.tar.xz && cd linux-4.18.5

Ubuntu 18.04 下，要执行以下命令安装软件包

cmake
1
sudo apt install fortune

配置编译参数

执行以下命令，会弹出一个带有 GUI 的配置界面，一般情况下默认参数就好，光标移动到 Save 保存即可，如图：

ebnf
1
make menuconfig

编译内核

apache
1
make -j12

注意：-j 参数后面加本机 CPU 线程数可以加快编译速度，博主的 8700K 是 6 核心 12 线程，所以 - j12。

安装内核

gauss
1
2
make modules_install
make install

更新 grub 引导

apache
1
update-grub2

至此升级内核成功，重启电脑。

确认升级是否成功

重启后，执行如下命令查看内核版本，和编译版本相同即为成功

ebnf
1
uname -r