本节书摘来自异步社区《Linux内核修炼之道》一书中的第2章，第2.2节，作者：华清远见嵌入式培训中心 任桥伟著，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看
2.2 编译内核
Linux内核修炼之道
2.2.1 准备工作
虽然与配置内核相比，编译内核所做的工作要少得多，但是在正式编译之前，我们仍需要做一些必要的准备。
1．需要了解的基础知识
首先我们需要了解系统中与编译过程有关的目录及文件。
/boot/vmlinuz-< version >：用于启动的压缩内核镜像。
/boot/system.map-< version >：存储内核符号表。
/boot/initrd.img-< version >：一个镜像文件，类似ramdisk（initrd的全称就是initial ramdisk），它将一些驱动程序和命令工具打包到img里，比如sisc_mod、ext3、sd_mod等模块和insmod、nash等命令，然后在开机的时候在内存里开辟一段区域，释放到那里运行。
它的作用是，在没有mount根分区（/）以前，系统要执行一些操作，比如挂载scsi驱动，此时就把initrd释放到内存里，作一个虚拟的/，然后执行其根目录下的脚本，运行insmod等命令加载模块。
/boot/grub/menu.lst：GRUB的配置文件（不同的发行版中它可能位于不同位置）。
/lib/modules/：该目录包含了内核模块（包括系统自带的和自己编译的）及其他文件，不同的子目录由内核版本号来区分。
/lib/modules/< kernel-version >/build/：存放编译新模块所需的文件，包括了Makefile、.config、module.symVers（模块符号信息）以及内核头文件等。
/lib/modules/< kernel-version >/kernel/：存放模块的ko文件。
/lib/modules//modules.alias：模块别名定义，模块加载工具使用它来加载相应的模块。
/lib/modules/< kernel-version >/modules.dep：定义了模块间的依赖关系。
/lib/modules/< kernel-version >/modules.symbols：标识符号属于哪个模块。
2．下载内核源码压缩包
需要注意下载bz2格式的压缩包时，需要安装bzip2工具进行解压。
3．获取相关补丁
如果需要的某些特性并没有被现有内核支持，则需要去获取相关的补丁。比如，为了使内核支持图形化的启动界面，我们可能要用到bootsplash工具。bootsplash项目的网站http://www.bootsplash.org/上提供了针对很多内核版本的补丁供下载。
4．构建编译环境
编译内核需要用到一系列的工具，在编译之前，我们需要确保它们已经被安装。下面是一些Debian和Ubuntu发行版上用到的工具包。
modutils：模块工具。
kernel-package：包括了make-kpkg等工具。
patch：如果不需要为内核打补丁，可以不安装patch工具包。
build-essential：提供了C/C++的编译环境，包括了gcc、make等工具。
5．备份
当修改内核时，我们必须准备一个能够启动的备用内核。实现该目的的一种方式是通过配置Linux引导程序（LILO或GRUB）以允许用户选择启动的内核映象，其中之一是从未修改过的内核的备份。
2.2.2 如何为内核打补丁
通过打补丁的方法升级内核版本，可以不用下载整个源代码。针对每个内核版本的补丁文件可以在ftp.kernel.org上面获得，我们的问题是应该选择哪个补丁文件，一个补丁又到底应该打在哪个版本的内核上。
下面的内容简单介绍了如何应用与卸载补丁，详细的内容也可以查看内核文档Document/applying-patchs。
1．什么是补丁
一个补丁就是一个文本文档，由diff工具创建，它存放了两个不同版本的源代码之间的差异。为了正确地应用一个补丁，我们需要知道这个补丁文件是以哪个版本为基础产生出来的，以及它将把目前的源代码变化到什么新的版本，简单地说，就是需要清楚产生这个补丁文件的两个源码版本的情况。
2．如何打补丁和卸载补丁
patch工具可以用于打补丁和卸载补丁。内核的补丁是相对于保存内核源码的父目录而生成的，这就意味着，补丁文件中的文件路径包含了内核源码存放目录的名字（比如linux-2.6.23/，或者像是“a/”和“b/”之类的其他名字）。但是很可能我们本地系统上的内核源码存放目录和补丁中不匹配，为了解决这个问题，我们需要切换到自己的源码目录，并且在执行patch命令的时候加上“-p1”参数，这样就会去掉补丁文件中路径的第一个分量。比如：
# cd /usr/src/linux
# patch –p1 < ../patch-x.y.z
为了卸载一个以前打上的补丁，需要使用“-R”参数。
# patch –R –p1 < ../patch-x.y.z
3．如何利用补丁升级内核版本
考虑这样的几个场景：将内核从2.6.23升级到2.6.24；将内核从2.6.23.8升级到2.6.24.6；将内核从2.6.23.6升级到2.6.23.8。不管处于哪种场景，打补丁时要谨记的一点是：内核的补丁文件都是以2.6.x（基础稳定版basic stable，2.6.x.y是稳定版stable）为基础发布的。下面对这3种场景的打补丁过程分别进行介绍。
（1）将内核从2.6.23升级到2.6.24。这种情况，可直接使用补丁文件patch-2.6.24。
# patch –p1 < ../patch-2.6.24
因为下载得到的补丁文件通常是使用gzip或bzip2压缩的格式，所以使用前还要将其解压生成patch-x.y.z文件。不过，我们也可以不用解压，使用下面的命令形式：
# bzcat ../patch-2.6.24.bz2 | patch -p1 //bz2格式
# zcat ../patch-2.6.24.gz | patch -p1 //gz格式
（2）将内核从2.6.23.8升级到2.6.24.6。这种情况下，我们需要将升级的过程分解为几个步骤，首先将2.6.23.8退回到2.6.23，然后再升级到2.6.24，最后升级到2.6.24.6。
# bzcat ../patch-2.6.23.8.bz2 | patch -p1 –R
# bzcat ../patch-2.6.24.bz2 | patch -p1
# bzcat ../patch-2.6.24.6.bz2 | patch -p1
（3）将内核从2.6.23.6升级到2.6.23.8。这种情况下，我们同样需要将升级过程分解，首先将2.6.23.6退回到2.6.23，然后再升级到2.6.23.8。
# bzcat ../patch-2.6.23.6.bz2 | patch -p1 –R
# bzcat ../patch-2.6.23.8.bz2 | patch -p1
4．patch的替代工具
除了patch之外，也有其他的用来打补丁的工具，比如interdiff、ketchup等。
2.2.3 编译步骤
下面是针对2.6内核的通用的编译步骤。
（1）下载源码并解压。
虽然我们可以将内核源码存放在任何自己找得到的地方，但通常还是会将内核源码下载到/usr/src目录并解压（Linus本人说不要解压到这个目录）。
# cd /usr/src
# wget ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/v2.6/linux-2.6.23.tar.bz2
# tar jxvf linux-2.6.23.tar.bz2
（2）如果需要的话，下载补丁。
（3）进入刚刚解压的内核源码目录。
# cd /usr/src/linux-2.6.23
（4）如果需要的话，为内核打补丁。
（5）配置内核。
# make menuconfig
（6）编译内核。
# make
（7）安装内核模块。将所有编译得到的内核模块复制到/lib/modules/< kernel-version >/目录下面。
# make modules_install
（8）安装内核。
# make install
make install主要完成了3个工作。
复制生成的内核映像到/boot目录。在内核编译完成后，源码树目录arch/i386/boot/中会生成一个bzImage文件，该文件被复制到/boot目录并重命名为vmlinuz-2.6.23。
生成initrd-< kernel-version >.img文件。
配置引导程序（GRUB或LILO）。
（9）重启进入新内核。
2.2.4 文档的编译
内核源码树的Documentation/目录下面有大量的文档，它们是内核最好的参考资料，对于我们学习内核有着重要的意义。我们可以使用下面的一些命令生成指定格式的文档。
# make htmldocs //生成HTML文件
# make pdfdocs //生成PDF文件
# make psdocs //生成Postscript文件
# make mandocs //为Kernel API生成man手册
# make installmandocs //将Kernel API手册页安装到man程序能够找到的目录中
执行make htmldocs/pdfdocs/psdocs之后，在Documentation/DocBook/目录下，会生成一些很重要的文档：
kernel-api：内核开发的API手册。
kernel-locking：内核加锁的HOWTO文档。
kernel-hacking：内核开发的一些注意事项。
usb：USB Host端的API手册。
gadget：Usb Device端的API手册。
2.2.5 编译小技巧
下面是一些内核编译过程中可以使用的小技巧。
（1）屏蔽编译信息。
# make > /dev/null（2）加速编译过程。
可以使用“-j< n >”参数，其中n = 2 * CPU的个数，对于一般的单CPU系统，通常用是使用“-j2”参数，为编译过程分配两个任务，这样在进行磁盘I/O操作时候，CPU就不会空闲了。
# make –j2 > /dev/null
（3）使用verbose模式，将每一步执行的命令都打印出来，并重定向到一个文件中去，这样以后可以方便地查找模块之间的依赖关系。
# make V=1 > ～/bak.txt
（4）使用ccache提高编译速度。使用ccache时，需要更改源码树根目录下面的Makefile文件，在CC和HOSTCC变量的定义前添加ccache。
CC = ccache $(CROSS_COMPILE)gcc
HOSTCC = ccache gcc