分类： LINUX
2009-04-10 10:35:31
几个重要的内核文件介绍
Linux服务器内核编译基础
--几个重要的RedHat Linux内核文件介绍
在网络中，不少服务器采用的是Linux系统。为了进一步提高服务器的性能，可能需要根据特定的硬件及需求重新编译Linux内核。编译Linux内核，需要根据规定的步骤进行，编译内核过程中涉及到几个重要的文件。比如对于RedHat Linux，在/boot目录下有一些与Linux内核有关的文件，进入/boot执行：ls –l，如图所示。编译过RedHat Linux内核的人对其中的System.map 、vmlinuz、initrd-
一、vmlinuz
vmlinuz是可引导的、压缩的内核。“vm”代表“Virtual Memory”。Linux 支持虚拟内存，不像老的操作系统比如DOS有640KB内存的限制。Linux能够使用硬盘空间作为虚拟内存，因此得名“vm”。vmlinuz是可执行的Linux内核，它位于/boot/vmlinuz，它一般是一个软链接，比如图中是vmlinuz-
vmlinuz的建立有两种方式。一是编译内核时通过“make zImage”创建，然后通过：
“cp /usr/src/linux-2.4/arch/i386/linux/boot/zImage /boot/vmlinuz”产生。zImage适用于小内核的情况，它的存在是为了向后的兼容性。二是内核编译时通过命令make bzImage创建，然后通过：“cp /usr/src/linux-2.4/arch/i386/linux/boot/bzImage /boot/vmlinuz”产生。bzImage是压缩的内核映像，需要注意，bzImage不是用bzip2压缩的，bzImage中的bz容易引起误解，bz表示“big zImage”。 bzImage中的b是“big”意思。
zImage（vmlinuz）和bzImage（vmlinuz）都是用gzip压缩的。它们不仅是一个压缩文件，而且在这两个文件的开头部分内嵌有gzip解压缩代码。所以你不能用gunzip 或 gzip –dc解包vmlinuz。
内核文件中包含一个微型的gzip用于解压缩内核并引导它。两者的不同之处在于，老的 zImage解压缩内核到低端内存（第一个640K），bzImage解压缩内核到高端内存（1M以上）。如果内核比较小，那么可以采用zImage 或bzImage之一，两种方式引导的系统运行时是相同的。大的内核采用bzImage，不能采用zImage。
vmlinux是未压缩的内核，vmlinuz是vmlinux的压缩文件。
二、 initrd-x.x.x.img
initrd是“initial ramdisk”的简写。initrd一般被用来临时的引导硬件到实际内核vmlinuz能够接管并继续引导的状态。图中的initrd-
从图中linuxrc这个脚本的内容可以看到，initrd实现加载一些模块和安装文件系统等。
initrd映象文件是使用mkinitrd创建的。mkinitrd实用程序能够创建initrd映象文件。这个命令是RedHat专有的。其它Linux发行版或许有相应的命令。这是个很方便的实用程序。具体情况请看帮助：man mkinitrd
下面的命令创建initrd映象文件：
三、 System.map
System.map是一个特定内核的内核符号表。它是你当前运行的内核的System.map的链接。
内核符号表是怎么创建的呢? System.map是由“nm vmlinux”产生并且不相关的符号被滤出。对于本文中的例子，编译内核时，System.map创建在/usr/src/linux-2.4/System.map。像下面这样：
nm /boot/vmlinux-
下面几行来自/usr/src/linux-2.4/Makefile：
nm vmlinux | grep -v '(compiled)|(.o$$)|( [aUw] )|(..ng$$)|(LASH[RL]DI)' | sort > System.map
然后复制到/boot:
cp /usr/src/linux/System.map /boot/System.map-
下图是System.map文件的一部分：
在进行程序设计时，会命名一些变量名或函数名之类的符号。Linux内核是一个很复杂的代码块，有许许多多的全局符号。
Linux内核不使用符号名，而是通过变量或函数的地址来识别变量或函数名。比如不是使用size_t BytesRead这样的符号，而是像c
对于使用计算机的人来说，更喜欢使用那些像size_t BytesRead这样的名字，而不喜欢像c0343f20这样的名字。内核主要是用c写的，所以编译器/连接器允许我们编码时使用符号名，当内核运行时使用地址。
然而，在有的情况下，我们需要知道符号的地址，或者需要知道地址对应的符号。这由符号表来完成，符号表是所有符号连同它们的地址的列表。上图就是一个内核符号表，由上图可知变量名checkCPUtype在内核地址c01000a5。
Linux 符号表使用到2个文件：
/proc/ksyms
System.map
下图是/proc/ksyms的一部分。
/proc/ksyms是一个“proc file”，在内核引导时创建。实际上，它并不真正的是一个文件，它只不过是内核数据的表示，却给人们是一个磁盘文件的假象，这从它的文件大小是0可以看出来。然而，System.map是存在于你的文件系统上的实际文件。当你编译一个新内核时，各个符号名的地址要发生变化，你的老的System.map 具有的是错误的符号信息。每次内核编译时产生一个新的System.map，你应当用新的System.map来取代老的System.map。
虽然内核本身并不真正使用System.map，但其它程序比如klogd， lsof和ps等软件需要一个正确的System.map。如果你使用错误的或没有System.map，klogd的输出将是不可靠的，这对于排除程序故障会带来困难。没有System.map，你可能会面临一些令人烦恼的提示信息。
另外少数驱动需要System.map来解析符号，没有为你当前运行的特定内核创建的System.map它们就不能正常工作。
Linux的内核日志守护进程klogd为了执行名称-地址解析，klogd需要使用 System.map。System.map应当放在使用它的软件能够找到它的地方。执行：man klogd可知，如果没有将System.map作为一个变量的位置给klogd，那么它将按照下面的顺序，在三个地方查找System.map：
/boot/System.map
/System.map
/usr/src/linux/System.map
System.map也有版本信息，klogd能够智能地查找正确的映象（map）文件。
Makefile分析（2.4内核arm版）
一、内核源码中makefile文件的分类
Linux-roy内核源码中的makefiles（不含动态生成的.flags文件）主要分为以下四类：
1. 主目录下的Makefile（不妨称为main-makefile）
它主要有两个作用：生成vmlinux（内核映像）和modules（模块）。
2. 主目录下的Rules.make
Rules.make中定义通用规则供main-makefile和subdir-makefiles调用。
变量subdir-y为用于构建vmlinux（内核）的目录，变量subdir-m为用于构建modules（模块）的目录；subdir-n和subdir-中的目录将不参加构建工作。
变量obj-y为内核的目标文件列表，在各subdir-y中会对其赋相应的值。如： lib/Makefile的第13-14行。变量obj-m为各模块的目标文件列表，在各subdir-m中会对其赋相应的值。如在 drivers/Makefile中，在第13行对subdir-y赋值，并在第14行将此列表复制给subdir-m。从第17行开始对subdir- y和subdir-m进行补充，这两个列表的建立完成。obj-n和obj-中所有的目标将被忽略。
3. arch
_stext = .;
__init_begin = .;
*(.text.init)
__proc_info_begin = .;
*(.proc.info)
__proc_info_end = .;
__arch_info_begin = .;
*(.arch.info)
__arch_info_end = .;
__tagtable_begin = .;
*(.taglist)
__tagtable_end = .;
*(.data.init)
. = ALIGN(16);
__setup_start = .;
*(.setup.init)
__setup_end = .;
__initcall_start = .;
*(.initcall.init)
__initcall_end = .;
. = ALIGN(4096);
__init_end = .;
}
其中TEXTADDR就是内核启动的虚拟地址，定义在kernel/arch/arm/Makefile中：
ifeq ($(CONFIG_CPU_32),y)
PROCESSOR = armv
TEXTADDR = 0xC0008000
LDSCRIPT = arch/arm/vmlinux-armv.lds.in
endif
需要注意的是这里是虚拟地址而不是物理地址。
一般情况下都在生成vmlinux后，再对内核进行压缩成为zImage，压缩的目录是kernel/arch/arm/boot。
下载到flash中的是压缩后的zImage文件，zImage是由压缩后的vmlinux和解压缩程序组成，如下图所示：
|------------------|\ |------------------|
| | \ | |
| | \ | decompress code |
| vmlinux | \ |------------------| zImage
| | \| |
| | | |
| | | |
| | | |
| | /|------------------|
| | /
| | /
| | /
|------------------|/
zImage链接脚本也叫做vmlinux.lds，位于kernel/arch/arm/boot/compressed。
是由同一目录下的vmlinux.lds.in文件生成的，内容如下：
OUTPUT_ARCH(arm)
ENTRY(_start)
SECTIONS
{
. = LOAD_ADDR;
_load_addr = .;
. = TEXT_START;
_text = .;
.text : {
_start = .;
其中LOAD_ADDR就是zImage中解压缩代码的ram偏移地址，TEXT_START是内核ram启动的偏移地址，这个地址是物理地址。
在kernel/arch/arm/boot/Makefile文件中定义了：
ZTEXTADDR =0
ZRELADDR = 0xa0008000
ZTEXTADDR就是解压缩代码的ram偏移地址，ZRELADDR是内核ram启动的偏移地址，这里看到指定ZTEXTADDR的地址为0，
明显是不正确的，因为我的平台上的ram起始地址是0xa0000000，在Makefile文件中看到了对该地址设置的几行注释：
# We now have a PIC decompressor implementation. Decompressors running
# from RAM should not define ZTEXTADDR. Decompressors running directly
# from ROM or Flash must define ZTEXTADDR (preferably via the config)
他的意识是如果是在ram中进行解压缩时，不用指定它在ram中的运行地址，如果是在flash中就必须指定他的地址。所以这里将ZTEXTADDR指定为0，也就是没有真正指定地址。
在kernel/arch/arm/boot/compressed/Makefile文件有一行脚本：
SEDFLAGS = s/TEXT_START/$(ZTEXTADDR)/;s/LOAD_ADDR/$(ZRELADDR)/;s/BSS_START/$(ZBSSADDR)/
使得TEXT_START = ZTEXTADDR，LOAD_ADDR = ZRELADDR。
这样vmlinux.lds的生成过程如下：
vmlinux.lds: vmlinux.lds.in Makefile $(TOPDIR)/arch/$(ARCH)/boot/Makefile $(TOPDIR)/.config
@sed "$(SEDFLAGS)" < vmlinux.lds.in > $@
以上就是我对内核启动地址的分析，总结一下内核启动地址的设置：
1、设置kernel/arch/arm/Makefile文件中的
TEXTADDR = 0xC0008000
内核启动的虚拟地址
2、设置kernel/arch/arm/boot/Makefile文件中的
ZRELADDR = 0xa0008000
内核启动的物理地址
如果需要从flash中启动还需要设置
ZTEXTADDR地址
