Linux 内核工程师
岗位分布
技能点
- 内存管理、调度、实时性
- 进程、同步与并发
- 存储、文件系统
- 网络子系统
- 虚拟化、区块链、容器
驱动工程师
岗位分布
技能点
- 内核编译、移植
- 设备模型、驱动框架
- USB、PCI、I2C、UART
- 芯片手册、硬件电路
- 音视频编解码
驱动的衍化
- Misc驱动：一个驱动对应一个硬件、兼容性最差
- 字符驱动、设备驱动：读写方式
- 总线性驱动
- 物理总线：USB、I2C、PCI
- 虚拟总线：platform、device tree
- 驱动框架：framebuffer、input、DRM
- 用户态驱动：硬件抽象层HAL
驱动与内核的关系
驱动主要用来驱动各种硬件
- 驱动是内核代码的一部分：内核中80%的代码都是驱动
- 驱动不同的CPU、硬件平台、外设、热插拔设备
内核一般用来提供OS的各种服务
- Linux内核划分为：BSP、驱动、基础服务、应用服务
- 基础服务：进程、调度、内存管理、同步机制、中断
- 应用服务：虚拟化、容器、网络、存储、文件系统
- 随着应用场景的变化，新的功能会不断添加进来
Linux内核版本变化
Lnux-0.01
- 源文件: 88个文件、10239行代码
- 支持平台：X86
Linux-5.4
- 源文件：48815个文件、超过2500万行代码（.h|.c|.S）
- 支持平台：X86、ARM、RISC-V、MIPS等20多个平台
知识体系
Linux开发工具
工具链
程序主战场
处理器架构
基于Arch搭建实验平台(ARM A9 vexpress)
安装qemu-system
1
|
sudo pacman -S qemu-system-arm
|
编译内核镜像(5.10)
- 下载linux-5.10镜像:https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/v5.x（注意拉到最下边找内核源码压缩包）
- 编译
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
|
# 1. 创建文件夹
mkdir tftpboot
chmod 0777 tftpboot
tar xf linux-5.10.99tar.gz
cd linux-5.10.99
# vim Makefile +371 ; 将 ARCH 变量赋值为 arm，即：ARCH ?= arm
# vim Makefile +372 ; 将 CROCESS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabihf-
make vexpress_defconfig
make zImage -j32
make modules -j32
make dtbs -j32
make LOADADDR=0x60003000 uImage -j32
cp arch/arm/boot/zImage ../tftpboot/
cp arch/arm/boot/uImage ../tftpboot/
cp arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb ../tftpboot/
|
zImage 为通用内核文件modules 内核模块dtbs 编译的设备树uImage 为专供 u-boot引导的内核
- 启动脚本
vim start.sh
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
#!/bin/bash
qemu-system-arm \
-M vexpress-a9 \
-m 512M \
-kernel zImage \
-dtb vexpress-v2p-ca9.dtb \
-nographic \
-append "console=ttyAMA0"
|
制作根文件系统
使用 busybox 制作根文件系统
编译、安装根文件系统
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
sudo mkdir -p arm-rootfs
# 下载 busybox 1.35.0 并解压
cd busybox-1.35.0
# 修改busybox的Makefile +191
# ARCH ?= arm
# CROCESS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabihf-
# make menuconfig 设置安装路径，输入自己的 rootfs 根路径 `/data/learn-kernel/arm-rootfs`
make install
|
完成完整的根文件系统构建
- 安装动态链接库
1
2
|
mkdir arm-rootfs/lib
cp /usr/arm-none-linux-xxx/lib/*.so* arm-rootfs/lib -d
|
- 创建设备节点
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
cd /data/learn-kernel/arm-rootfs/
mkdir dev
cd dev
sudo mknod -m 666 tty1 c 4 1
sudo mknod -m 666 tty2 c 4 2
sudo mknod -m 666 tty3 c 4 3
sudo mknod -m 666 tty4 c 4 4
sudo mknod -m 666 console c 5 1
sudo mknod -m 666 null c 1 3
|
- 设置初始化进程/etc/rcS
1
2
3
4
5
|
cd /data/learn-kernel/arm-rootfs
mkdir -p etc/init.d
cd etc/init.d
touch rcS
chmod 777 rcS
|
vim rcS
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
|
#!/bin/sh
PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin
export LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib
/bin/mount -n -t ramfs ramfs /var
/bin/mount -n -t ramfs ramfs /tmp
/bin/mount -n -t sysfs none /sys
/bin/mount -n -t ramfs none /dev
/bin/mkdir /var/tmp
/bin/mkdir /var/modules
/bin/mkdir /var/run
/bin/mkdir /var/log
/bin/mkdir -p /dev/pts
/bin/mkdir -p /dev/shm
/sbin/mdev -s
/bin/mount -a
echo "----------------------------------------------"
echo "******** welcome to vexpress board ***********"
echo "----------------------------------------------"
|
- 设置文件系统
/etc/fstab
1
2
|
cd /data/learn-kernel/arm-rootfs/etc
touch fstab
|
vim fstab
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
proc /proc proc defaults 0 0
none /dev/pts devpts mode=0622 0 0
mdev /dev ramfs defaults 0 0
sysfs /sys sysfs defaults 0 0
tmpfs /dev/shm tmpfs defaults 0 0
tmpfs /dev tmpfs defaults 0 0
tmpfs /mnt tmpfs defaults 0 0
var /dev tmpfs defaults 0 0
tamfs /dev ramfs defaults 0 0
|
- 设置初始化脚本
/etc/inittab
1
2
3
|
::sysinit:/etc/init.d/rcS
::askfirst:-/bin/sh
::ctrlaltdel:/bin/umount -a -r
|
- 设置环境变量
/etc/profile
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
|
USER="root"
LOGNAME=$USER
export HOSTNAME=`cat /etc/sysconfig/HOSTNAME`
export USER=root
export HOME=/root
export PS1="[$USER@$HOSTNAME\w]\#"
PATH=/bin:/usr/bin:/sbin:/usr/sbin
LD_LIBRARY_PATH=/lib:/usr/lib:$LD_LIBRARY_PATH
export PATHLD_LIBRARY_PATH
|
- 增加主机名
/etc/sysconfig/HOSTNAME
- 创建剩余文件夹
1
|
mkdir mnt proc root sys tmp var
|
封装构建好的根文件系统并挂载
1
2
3
4
5
6
7
|
mkdir temp
sudo dd if=/dev/zero of=rootfs.ext3 bs=1M count=32
sudo mkfs.ext3 rootfs.ext3
sudo mount -t ext3 rootfs.ext3 temp/ -o temp
sudo cp -r /data/learn-kernel/arm-rootfs/* temp/
sudo umount temp
sudo mv rootfs.ext3 tftpboot
|
修改 start.sh
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
#!/bin/bash
qemu-system-arm \
-M vexpress-a9 \
-m 512M \
-kernel zImage \
-dtb vexpress-v2p-ca9.dtb \
-nographic \
-append "root=/dev/mmcblk0 rw console=ttyAMA0" \
-sd rootfs.ext3
|
至此，环境搭建完成
使用u-boot加载内核
完成上述步骤后之所以能直接引导内核是因为 qemu 自带bootloader功能。
u-boot编译和安装
1
2
3
4
5
6
7
8
|
mkdir u-boot
# 下载并解压u-boot
cd u-boot-2022.07
vim Makefile +272
# 修改: ARCH = arm
# 修改: CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabihf-
make vexpress_ca9x4_defconfig
make -j32
|
将编译好的u-boot 放到tftpboot目录下(与start.sh同级)修改 start.sh
1
2
3
4
5
6
|
# 使用 u-boot
qemu-system-arm \
-M vexpress-a9 \
-kernel u-boot \
-nographic \
-m 512M
|
可以看到 qemu 可以加载 u-boot
接下来使 u-boot 启动后，让 u-boot 通过 tftp 引导内核。
qemu –加载–> u-boot –加载–> kernel+根文件系统
为此需要实体机中安装:
- tftp环境
- 构建网桥，让qemu虚拟机内部可以访问
安装tftp
1
2
3
4
5
6
7
8
|
pacman -S tftp-hpa bridge-utils
# 设置 tftp 路径
vim /etc/default/tftpd-hpa
# 修改内容如下：
# TFTP_USERNAME="tftp"
# TFTP_DIRECTORY="/data/learn-kernel/fs"
# TFTP_ADDRESS="0.0.0.0"
# TFTP_OPTIONS="-l -c -s"
|
文件复制
1
2
|
cd /data/learn-kernel/tftpboot/fs
cp /<path>/uImage .
|
重启tftpd
1
|
systemctl restart tftpd.service
|
修改网卡信息，设置桥接
1
2
|
ifconfig # 查看网卡名 我的是:`wlo1`
sudo vim /etc/netplan/0
|
未完待续…
需要补课 Linux 网络部分…