Step 4 – building the kernel image and modules

從使用者的角度而言，這非常的簡單，只需要 make 就行了

make help 可以看到 help，這裡可以先觀察 target all

$ make help
[...]
Other generic targets:
  all - Build all targets marked with [*]
* vmlinux - Build the bare kernel
* modules - Build all modules
[...]
Architecture specific targets (x86):
* bzImage - Compressed kernel image (arch/x86/boot/bzImage)
[...]

從這裡可以得知，make all 的時候會有 vmlinux, modules, bzImage 這三個 target 被觸發

vmlinux: 未壓縮的 kernel image
modules: 在 config 中被標記為 M 的會變成 kernel modules (.ko files)
bzImage: 壓縮過後的 kernel image (x86)

實際在開機時，會用壓縮過後的 bzImage，vmlinux 是作為 debug 用，（不在這本書的範圍）

這裡推薦的平行化程度 n 為

n = num-CPU-cores * factor

factor 推薦為 2，或是 1.5 (如果是高階有著 100 cpu cores 的系統) 我自己在 virtural box 的設定是 8 core，根據書上的說法，我要使用 -j16，大約花了 9 分鐘

(#2) 代表的是這是第二次 build，這個數字會在之後遞增

make all 之後，現在我們得到了 3 個東西：

未壓縮的 vmlinux
Symbol-address mapping file, System.map
壓縮過後的 bzImage

vmlinux 的檔案非常大，vmlinux 與 System.map 這兩個檔案室用來 debug 用的

實際上用來開機的會是壓縮過後的 bzImage，會放在 arch/<arch>/boot/ bzImage 只有 8.2 MB 跟 582 MB 的 vmlinux 差很多

Step 5 – installing the kernel modules

在前一個步驟中，我們看到了 vmlinux 與 bzImage，現在還少了一個東西：modules，Step 5 會告訴我們 modules 該如何處理

Locating the kernel modules within the kernel source

kernel moduels 會以 *.ko 作為結尾

find . -name "*.ko" -ls | egrep -i "vbox|msdos|uio" | awk '{printf "%-40s %9d\n", $11, $7}'

這裡對應到的是在 chapter 2 做 config 的時候，

VirtualBox support, n -> m
Userspace I/O (UIO) drivers, n -> m
MS-DOS filesystem support, n -> m

現在我們知道需要的 .ko 已經存在了，但我們需要放在 filesystem 中的 /lib/modules/$(uname -r)/ 這是下一小節的任務

Getting the kernel modules installed

只需要用這個命令就可以做到 kernel module installation

sudo make modules_install

在 /lib/modules/ 中多了 5.4.1-llkd01，當之後用 5.4.1-llkd01 開機時，就會 load /lib/modules/5.4.1-llkd01/ 中的 modules

檢查剛剛我們看到的那些 .ko 有沒有放到 /lib/modules/5.4.1-llkd01/kernel/ 了

find /lib/modules/5.4.1-llkd01/kernel/ -name "*.ko" | egrep "vboxguest|msdos|uio"

最後，書中提及，我們其實可以自己指定 moduel 的 path 例如

export STG_MYKMODS=../staging/rootfs/my_kernel_modules
make INSTALL_MOD_PATH=${STG_MYKMODS} modules_install

並且在這個例子中，如果 STG_MYKMODS 在 user 可以 access 的權限，則可以不使用 sudo

Step 6 – generating the initramfs image and bootloader setup

initramfs 代表 initial RAM filesystem
要注意的是這裡在討論的是 x86 底下的架構，分為兩個部份

產生 initramfs image
(GRUB) bootloader setup 之所以會變成一個步驟 Step 6 是因為有很方便的工具可以讓兩個步驟變成一個步驟

sudo make install

這個命令就包含了

產生 initramfs image
(GRUB) bootloader setup

Generating the initramfs image – under the hood

在最一開始的 sudo make install 的時候，實際上會執行 ./arch/x86/boot/install.sh 這個腳本

$ sudo make install
sh ./arch/x86/boot/install.sh 5.4.0-llkd01 arch/x86/boot/bzImage \
System.map "/boot"

並且在腳本 ./arch/x86/boot/install.sh 執行完之後，會在 /boot 中產生這些檔案

initramfs(initrd.img-5.4.0-llkd01) image 是藉由腳本 update-initramfs 產生
如果所有的 file 複製到了 boot 中，原本的檔案會變成 <filename>-$(uname -r).old
壓縮過後的 vmlinuz-<kernel-ver> 是 arch/x86/boot/bzImage 的 copy
vmlinuz-<kernel-ver> 是 arch/x86/boot/bzImage 的 copy
回想一下 vmlinux 是未壓縮過後的，vmlinuz 則是壓縮過後的
GRUB 的 config 檔也會更新在 /boot/grub/grub.cfg 中
這些流程是非常的 architecture-specific

Understanding the initramfs framework

Why the initramfs framework?

可以跑一些 user space application 在 kernel boot 之前

Understanding the basics of the boot process on the x86

BIOS
bootloader (grub)
vmlinuz + initramfs
- low-level hardware initialization
- Load these images to RAM and uncompressing
- jump to the kernel entry point

Step 7 – customizing the GRUB bootloader

Customizing GRUB – the basics

keep a backup

sudo cp /etc/default/grub /etc/default/grub.orig

修改 config

sudo vim /etc/default/grub

設定一定要顯示 grub menu

GRUB_HIDDEN_TIMEOUT_QUIET=false

sudo update-grub

Selecting the default kernel to boot into

Booting our VM via the GNU GRUB bootloader

Experimenting with the GRUB prompt

Verifying our new kernel’s configuration

Kernel build for the Raspberry Pi

Step 1 – cloning the kernel source tree

我這裡是使用自己的 ubuntu 筆電，而不是像書上使用 virtual box 上的 gest VM

export RPI_STG=~/rpi_work
mkdir -p ${RPI_STG}/kernel_rpi ${RPI_STG}/rpi_tools

cd ${RPI_STG}/kernel_rpi
git clone --depth=1 --branch rpi-5.4.y https://github.com/raspberrypi/linux.git

現在我們拿到了 5.4.83 Raspberry Pi kernel 跟書上的有一點不一樣 (5.4.51 Raspberry Pi kernel) 但沒這裡差一點點沒有關係

Step 2 – installing a cross-toolchain

First method – package install via apt

書上的範例是使用 32-bit 的樹莓派，我手上的樹莓派是 64-bit，所以要用

# Install general build tools
sudo apt update
sudo apt install build-essential git bc bison flex libssl-dev make libc6-dev libncurses5-dev
# Install the 64-bit ARM cross-compiler toolchain
sudo apt install crossbuild-essential-arm64

Second method – installation via the source repo

Step 3 – configuring and building the kernel

# Set target architecture to ARM 64-bit
export ARCH=arm64
# Set cross-compiler prefix
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# Set the kernel image filename for the Pi 4 (64-bit)
export KERNEL=kernel8

# Load the default configuration for BCM2711 (Pi 4) 64-bit
make bcm2711_defconfig

make menuconfig

# Compile the kernel image (Image), modules, and device tree blobs (dtbs)
make -j$(nproc) Image modules dtbs

最後的 kernel image 會存放於 arch/arm64/boot/Image

放到 SD Card 中

在 build 之後要把

kernel image
device tree files
modules 放入 SD Card 中

把 SD card 的 boot partition 與 root partition mount 到 ~/mnt/pi-boot 與 ~/mnt/pi-root

# Example mounting setup (create directories first if they don't exist)
sudo mkdir -p ~/mnt/pi-boot ~/mnt/pi-root
# Replace /dev/sdX1 and /dev/sdX2 with your SD card device names
sudo mount /dev/mmcblk0p1 ~/mnt/pi-boot   # Boot partition (FAT32)
sudo mount /dev/mmcblk0p2 ~/mnt/pi-root   # Root partition (Ext4)

Copy Kernel Image

這裡的 kernel8.img 是原本的 kernel，現在我們把 build 出來的 arch/arm64/boot/Image 複製到這裡的 kernel54.img

Copy the kernel binary

sudo cp ~/rpi_work/kernel_rpi/linux/arch/arm64/boot/Image ~/mnt/pi-boot/kernel54.img

Install Kernel Modules

# The path INSTALL_MOD_PATH must point to the root partition of the Pi
sudo env PATH=$PATH make modules_install INSTALL_MOD_PATH=~/mnt/pi-root

現在多了一個 5.4.83-v8+ 的 module

Update config.txt

sudo vim ~/mnt/pi-boot/config.txt

[all]
# Current kernel is still kernel8.img (6.12)

# --- Start of 5.4 Kernel Block ---
[include boot54.rc]
# This setting is specific to the 5.4 kernel
kernel=kernel54.img
# Optional: If you customized the 5.4 DTB, you can point to it here:
# device_tree=bcm2711-rpi-4-b-54.dtb 
[all]
# --- End of 5.4 Kernel Block ---

在 boot/config.txt 中所新增的 [include boot54.rc] 的區域，代表在 boot/boot54.rc 存在，這個 section 的設定才成立

所以現在新增一個空的 boot/boot54.rc 來讓這個區塊的設定成立

# create the trigger file
sudo touch ~/mnt/pi-boot/boot54.rc

Unmount and Boot

sudo umount ~/mnt/pi-boot
sudo umount ~/mnt/pi-root

Miscellaneous tips on the kernel build

Ch03: Building the 5.x Linux Kernel from Source - Part 2

Step 4 – building the kernel image and modules

Step 5 – installing the kernel modules

Locating the kernel modules within the kernel source

Getting the kernel modules installed

Step 6 – generating the initramfs image and bootloader setup

Generating the initramfs image – under the hood

Understanding the initramfs framework

Why the initramfs framework?

Understanding the basics of the boot process on the x86

More on the initramfs framework

Step 7 – customizing the GRUB bootloader

Customizing GRUB – the basics

Selecting the default kernel to boot into

Booting our VM via the GNU GRUB bootloader

Experimenting with the GRUB prompt

Verifying our new kernel’s configuration

Kernel build for the Raspberry Pi

Step 1 – cloning the kernel source tree

Step 2 – installing a cross-toolchain

First method – package install via apt

Second method – installation via the source repo

Step 3 – configuring and building the kernel

放到 SD Card 中

Copy Kernel Image

Install Kernel Modules

Update config.txt

Unmount and Boot

Miscellaneous tips on the kernel build

Step 4 – building the kernel image and modules#

Step 5 – installing the kernel modules#

Locating the kernel modules within the kernel source#

Getting the kernel modules installed#

Step 6 – generating the initramfs image and bootloader setup#

Generating the initramfs image – under the hood#

Understanding the initramfs framework#

Why the initramfs framework?#

Understanding the basics of the boot process on the x86#

More on the initramfs framework#

Step 7 – customizing the GRUB bootloader#

Customizing GRUB – the basics#

Selecting the default kernel to boot into#

Booting our VM via the GNU GRUB bootloader#

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Kernel build for the Raspberry Pi#

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Step 2 – installing a cross-toolchain#

First method – package install via apt#

Second method – installation via the source repo#

Step 3 – configuring and building the kernel#

放到 SD Card 中#

Copy Kernel Image#

Install Kernel Modules#

Update config.txt#

Unmount and Boot#

Miscellaneous tips on the kernel build#

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Generating the initramfs image – under the hood

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Second method – installation via the source repo

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