Guida didattica alla compilazione del kernel Linux

Disclaimer

Ho scritto questa guida come una sorta di appunti per sistemi informatici.

Queste istruzioni sono concepite esclusivamente per fornire un’idea a scopo didattico di come si effettua la compilazione del kernel Linux. Non sono pertanto da ritenersi adatte per ottenere informazioni su come creare un kernel seriamente funzionante e utile all’uso abituale.

Scaricare i sorgenti

Naturalmente la prima cosa necessaria è l’archivio contenente il codice sorgente del kernel. Questo si scarica dal sito www.kernel.org ed è denominato kernel vanilla, ovverosia quello ufficiale, senza le modifiche fatte da alcuni membri della comunità (alcune sono molto famose e si trovano in svariate distribuzioni Linux).

Dal sito è possibile esplorare il server FTP o quello HTTP. Entrambi contengono gli stessi file, e sono veramente molti! Ciò che a noi interessa si trova in http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v2.6/. Dentro a questa cartella del sito possiamo trovare gli archivi dei vari kernel del ramo 2.6. Una volta scelta la versione desiderata, poniamo ad esempio 2.6.27.9, è possibile scaricare l’archivio cercando il file linux-2.6.27.9.tar.bz2.

È indifferente scaricare il file omonimo con estensione .tar.gz, tuttavia esso è compresso in modo differente pertanto ha una dimensione leggermente maggiore. Si tratta solo di risparmiare un po’ di tempo per il download.

L’archivio va scaricato in una directory a piacimento, qui si presupporrà che esso sia stato scaricato nella cartella home dell’utente (che si può indicare in un terminale con ~).

Scompattare l’archivio

A questo punto è il caso di armarci del nostro amato terminale. Una volta individuata la directory in cui è presente il kernel compresso, è sufficiente assicurarsi di spostarci in essa con il comando cd .

cd ~

Ora bisogna estrarre il tutto.

bunzip2 linux-2.6.27.9.tar.bz2
tar xvf linux-2.6.27.9.tar

Ricordo che il primo comando sostituisce il file .tar.bz2 con il suo equivalente non compresso .tar, mentre il secondo estrae dall’archivio i file e crea la giusta struttura di directory, mantenendo il file .tar.

A questo punto si può entrare nella directory:

cd linux-2.6.27.9

La fase di configurazione

Per configurare i parametri con cui sarà compilato il kernel si esegue il comando:

make menuconfig

In caso nel sistema non siano installate le librerie ncurses (e relativi file di sviluppo) il precedente comando restituirà errore. Pertanto dovrete ricorrere ad una configurazione assai più spartana:

make config

La selezione dei parametri è un procedimento lungo e che richiede una certa ponderazione. La trattazione di questa parte richiederebbe svariate competenze nonché un ingente numero di righe di spiegazione. Ciò esula dallo scopo di questo testo. Ritengo comunque molto istruttivo il fatto che chi compila provi diverse configurazioni al fine di notarne le differenze e capire il funzionamento.

In sostanza si tratterà di decidere che cosa andrà compilato ed incluso nel kernel, che cosa non dovrà essere compilato, ed infine cosa andrà compilato ma utilizzato come modulo. Si vedrà meglio in seguito che cosa significa tutto ciò.

Finita la configurazione, possiamo procedere alla compilazione propriamente detta.

La compilazione

Prima di tutto vi avverto che in questo paragrafo ci saranno dei procedimenti che richiederanno molto tempo, per cui assicuratevi di avere il computer a disposizione senza interruzioni.

Infatti è arrivato il momento! Un semplice comando stresserà il vostro processore per diverso tempo e compilerà ciò che avete impostato:

make

Il procedimento ha un tempo variabile, che dipende soprattutto dal vostro processore, comunque vi posso indicativamente dire che su un computer moderno medio ci mette circa un’ora. Naturalmente, salvo eventuali errori!

Immagine compressa, moduli e ramdisk

Il più è fatto. Ora è il momento che vi faccia una piccola digressione su come è composto il kernel Linux. Esso è stato progettato come monolitico, ovvero un grande file che contiene tutto. Successivamente è stato però aggiunto il sistema dei moduli.

Questo consente di evitare di gonfiare come un pallone il kernel che nella fase di boot viene caricato in RAM. In questo modo, ciò che non è essenziale subito può essere caricato dopo.

In questo momento abbiamo compilato tutto ma non abbiamo ancora messo al loro posto né i moduli, né l’immagine del kernel (ovvero il grosso file principale). A dire la verità, quest’ultima dobbiamo ancora crearla. Per questo, si esegue:

make bzImage

Questo processo è decisamente più breve della compilazione, in quanto si tratta sostanzialmente di creare un archivio compresso. Fatto ciò, nella sottodirectory arch/---/boot/ si troverà il file senza estensione bzImage. Al posto di ---, va la sigla che indica l’architettura per cui è stato compilato il kernel (nel nostro caso, quella che stiamo eseguendo). Per i sistemi a 32 bit è x86.

Creato il kernel, è il momento di installare i moduli. Avendo dato in precedenza il comando make senza nessuno dei possibili argomenti, essi sono già stati compilati. È sufficiente installarli, però avete bisogno dei permessi di amministratore. Al fine di ottenere una console di amministratore date il comando:

su

Inserite la password dell’utente root. In alcune distribuzioni, in particolare Debian e derivate (come Ubuntu), l’utente amministratore può essere disabilitato, e in alternativa è possibile che il vostro utente sia abilitato a operazioni privilegiate tramite autenticazione. Per verificarlo, eseguite (dopo aver fallito il comando di cui sopra):

sudo -s

In questo caso dovrete inserire la password del vostro account.

Una volta in possesso dei privilegi richiesti, potete finalmente installare i moduli:

make modules_install

Ecco fatto. Manca solo un’ultima cosa: un ramdisk. Si tratta, come può suggerire il termine, di una porzione di ram che viene utilizzata come un disco. Nello specifico, questo avviene nella fase di avvio. Il kernel risiede nella ram fino a che non è disponibile il disco fisso reale del computer. Questa è la funzione del file denominato initrd.img.

Per crearlo, ora che siete amministratori, eseguite:

mkinitramfs -o /boot/initrd.img-2.6.27.9 2.6.27.9

Come potete intuire, in questo modo il file viene già collocato nella sede giusta, mentre il secondo parametro indica la versione del kernel di cui generare il ramdisk.

Ora tutto è stato compilato, ed i moduli sono già al loro posto. Manca solo da piazzare adeguatamente alcuni file e poi abilitare il kernel.

Copia dei file

I file relativi al kernel devono essere posizionati nella directory /boot che contiene tutto il necessario per l’avvio del sistema operativo.

Saranno da inserire l’immagine del kernel e un file che mappi il sistema, ovverosia un registro degli indirizzi di memoria relativo a variabili e funzioni. Inoltre è consigliabile copiare anche la configurazione usata, sia perché può tornare utile nel caso sia funzionante, sia per analizzare eventuali errori successivi. Come accennato, il ramdisk è già al suo posto.

È possibile verificare il contenuto della directory al fine di avere un’idea sul da farsi:

ls -l /boot/
totale 19972
-rw-r--r-- 1 root root  507665 2008-11-21 00:46 abi-2.6.27-5-generic
-rw-r--r-- 1 root root   91364 2008-11-21 00:46 config-2.6.27-5-generic
drwxr-xr-x 2 root root    4096 2008-12-13 20:54 grub
-rw-r--r-- 1 root root 8192633 2008-12-17 22:18 initrd.img-2.6.27.9
-rw-r--r-- 1 root root 8192548 2008-12-13 20:54 initrd.img-2.6.27-5-generic
-rw-r--r-- 1 root root  124152 2008-09-11 22:11 memtest86+.bin
-rw-r--r-- 1 root root 1029585 2008-11-21 00:46 System.map-2.6.27-5-generic
-rw-r--r-- 1 root root    1073 2008-11-21 00:48 vmcoreinfo-2.6.27-5-generic
-rw-r--r-- 1 root root 2244304 2008-12-13 20:03 vmlinuz-2.6.27-5-generic

I file nominati con un’altra versione del kernel sono relativi al kernel che sta eseguendo il sistema in uso. È da notare che volendo ci sono anche altri file che possono essere messi.

Per copiare il kernel vero e proprio nella sua destinazione eseguite:

cp arch/x86/boot/bzImage /boot/vmlinuz-2.6.27.9

Modificate il comando dato in caso utilizzaste una architettura diversa.

Il file di mappatura prima menzionato si chiama System.map. Lo potete copiare facendo:

cp System.map /boot/System.map-2.6.27.9

Ora rimane solo da copiare il file con la configurazione utilizzata:

cp .config /boot/config-2.6.27.9

Vi ricordo che i file che cominciano con il punto sono nascosti. Pertanto, per vederlo elencato nel terminale insieme al restante contenuto della directory, dovete fare:

ls -a

Ora che tutto è stato copiato, si può verificare controllando il contenuto della directory:

ls -l /boot/
[...]
-rw-r--r-- 1 root root   82474 2008-12-18 14:26 config-2.6.27.9
[...]
-rw-r--r-- 1 root root 8192633 2008-12-17 22:18 initrd.img-2.6.27.9
[...]
-rw-r--r-- 1 root root  892153 2008-12-18 14:25 System.map-2.6.27.9
[...]
-rw-r--r-- 1 root root 2244304 2008-12-18 14:22 vmlinuz-2.6.27.9

L’output è stato abbreviato. L’unica cosa che resta da fare è modificare il bootloader affinché permetta di avviare il sistema operativo col kernel appena compilato.

Modifica di GRUB

Partirò dal presupposto che la vostra macchina utilizzi come bootloader GRUB, che è ormai presente in quasi tutte le distribuzioni. Nel caso usaste LILO, fate riferimento alla relativa documentazione per le istruzioni.

Si apre con un editor di testo (sempre come amministratori) il file di configurazione:

nano /boot/grub/menu.lst

Si può scorrere con le frecce lungo le righe del file. Cercate la parte dove sono presenti le varie voci, qualcosa di simile a questo:

title Ubuntu 8.10, kernel 2.6.27-5-generic
root (hd0,0)
kernel /boot/vmlinuz-2.6.27-5-generic   root=UUID=cbc39258-1c72-46b0-b398-3c6f81cc6574 ro quiet splash
initrd /boot/initrd.img-2.6.27-5-generic
quiet

title Ubuntu 8.10, kernel 2.6.27-5-generic (recovery mode)
root (hd0,0)
kernel /boot/vmlinuz-2.6.27-5-generic   root=UUID=cbc39258-1c72-46b0-b398-3c6f81cc6574 ro single
initrd /boot/initrd.img-2.6.27-5-generic

Nell’esempio sono indicate due modalità di avvio, una normale multiutente, ed una monoutente da usare in caso di problemi. Il nostro scopo è copiare la modalità normale e modificarla per usare il kernel compilato. Pertanto si può scrivere sotto alle due indicate qualcosa del genere:

title Ubuntu 8.10, kernel 2.6.27.9 Compilato da me!
root (hd0,0)
kernel /boot/vmlinuz-2.6.27.9   root=UUID=cbc39258-1c72-46b0-b398-3c6f81cc6574 ro quiet splash
initrd /boot/initrd.img-2.6.27.9
quiet

Prestate molta attenzione ai due parametri root (uno come riga di configurazione, e l’altro come argomento del parametro kernel). Essi indicano infatti la partizione che deve essere avviata. Non dovete copiare il mio esempio, invece assicuratevi di impostarla in modo uguale a quanto avete già per le voci funzionanti.

Salvate ed uscite (rispettivamente con Ctrl + O e Ctrl + X). Ora non vi resta che riavviare e selezionare la voce relativa al vostro nuovo kernel, per verificare se davvero funziona ed avete fatto tutto bene. Buon lavoro!

Fonti, spunti e approfondimenti

La maggior parte di questi url mi ha aiutato nello scrivere questa piccola guida. Alcuni sono invece semplicemente dei riferimenti utili per approfondire.

12 pensieri su “Guida didattica alla compilazione del kernel Linux

  1. Ciao.
    Buona guida…
    Ti chiedo se è possibile trovare da qualche parte delle indicazioni proprio sulla configurazione del kernel piu’ che sulla sua compilazione.
    A parte le brevi descrizioni disponibili nei vari “menuconfig” o simili infatti non sono mai riuscito a trovare una raccolta organica di descrizioni dei moduli e la cosa mi lascia alquanto perplesso…

    In realtà ho trovato questo:
    http://www.slacky.eu/wikislack/index.php?title=Kernel_Menuconfig
    ma è fermo alla versione 2.6.18…

    LuCa

  2. chiaro e semplice, ottimo per farsi una prima idea molto generale!
    è inutile dirti che l’argomento kernel è vastissimo, lo saprai certamente meglio di me😀

  3. Bell’idea…ovviamente il difficile è la configurazione vera e propria dei moduli.
    Hai trattato il metodo generale per compilare il kernel col make…consiglio di usare la debian-way a chi può😉

  4. un paio di consigli:
    – il file tar.bz2 lo scompatti in un colpo solo con un bel tar xf nomefile
    – una volta dato il “make” hai già compilato l’immagine del kernel, perchè la vuoi ricompilare per la seconda volta con il “make bzImage” ?
    – opzionale ma molto consigliato a mio modo di vedere: impostare da menuconfig il supporto a config.gz cosichè recuperi la tua config attuale con un semplice “zcat /proc/config.gz” ma questo esula dal tuo documento pdf.

    Ciao !😉

  5. ah, ho visto solo ora, c’e’ anche un errore procedurale che ti crea dei problemi dopo:
    il kernel scaricalo in /usr/src, compilalo li e poi crea il link simbolico “linux” alla cartella che contiene i sorgenti
    “ln -s /usr/src/linux-2.6.27.9 /usr/src/linux”
    questo fa si che tu possa compilare altri moduli (nvidia, ati, vattelapesca)
    senza dover usare lunghi switch dalla riga di comando per indicare allo script di compilazione di quel modulo dove sono i sorgenti, ed è anche molto sensato e ordinato; ed anzi, alcuni moduli o driver non posseggono questi switch e ti sarà quindi impossibile compilarli, soprattutto mancando il collegamento /usr/src/linux

    Ariciao !!

  6. @ LuCa, indubbiamente gain è più esperto e infatti ti ha saputo indicare.😉
    @ gain, grazie di aver contribuito.
    @ monossido, eh lo so… Ma quello è alto livello.🙂
    @ LuNa, io ho messo principalmente quello che ci ha fatto fare il professore. Tieni conto che questi appunti sono principalmente per una verifica che faremo sabato prossimo…
    Sicuramente le tue indicazioni sono utili per molte cose successive, e hai fatto benissimo a postarle!
    Io mi sono posto un obbiettivo molto basso: una guida per dare qualche spunto ai niubbi (non sono così esperto di kernel da poter scrivere tanto più difficile).😉

  7. @Lazza: a scuola vi fanno compilare il kernel di linux ? Incredibile Oo
    sei molto fortunato allora ! Il prof di informatica che hai è uno di quelli rari e introvabili !

  8. Veramente si tratta del professore di sistemi informatici… Comunque dato l’indirizzo che faccio, ci mancherebbe anche che non usassimo Linux in almeno una materia.😛😉

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