3.3 配置内核
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内核提供了make menuconfig、make xconfig、make gconfig等具有图形界面的配置方式。make menuconfig是图形界面配置方式中最简陋的一种，但是却非常方便易用，依赖也最小。其他如make xconfig、make gconfig需要QT、GTK+等库的支持。在本书中，我们使用make menuconfig配置内核，其简单地基于终端的图形界面是使用ncurses编写的，因此需要安装libncurses5-dev，安装方法如下：
3.3.1 交叉编译内核设置
在默认情况下，内核构建系统默认内核是本地编译，即编译的内核是运行在与宿主系统相同的体系架构上。如果是为其他的架构编译内核，即交叉编译，我们需要设置两个变量：ARCH和CROSS_COMPILE。其中：
◆ ARCH指明目标体系架构，即编译好的内核运行在什么平台上，如x86、arm或mips等。
◆ CROSS_COMPILE指定使用的交叉编译器的前缀。对于我们的交叉工具链来说，其前缀是i686-none-linux-gnu-。
在顶层的Makefile中，我们可以看到工具链中的编译器、链接器等均以$(CROSS_COMPILE)作为前缀：
可以使用多种方式定义这两个变量，比如通过在环境变量中定义ARCH、CROSS_COMPILE；或者每次执行make时，通过命名行为这两个变量的赋值，如：
也可以直接更改顶层Makefile。这种方法比较方便，但是要小心，以免破坏Makefile文件。本书中我们采用这种方式，将顶层Makefile中的如下脚本：
更改为：
3.3.2 基本内核配置
编译内核的第一步是配置内核，但是在我们使用的这一版的内核中，有成千上万的配置项，并且很多配置项彼此之间存在着非常紧密的依赖关系，如果从零开始一项一项地配置，显然不是一个好办法。
幸运的是，在很多情况下，我们都会有一个目标系统的老版本内核配置文件，而不必每次都从零开始。在此种情况下，首先将已有的内核配置文件复制到顶层目录下，并命名为.config；然后运行make oldconfig，其将会询问用户如何处理变动的内核配置；最后用户可以使用make menuconfig进行微调。虽然内核提供make oldconfig的方法，但是这些方法并不是完美的，读者需要小心处理新内核中新增或改变的配置项。
但是也有很多情况，已有配置并不理想，我们需要进行更彻底定制，或者我们根本找不到一个合适的已有配置。难道我们就别无选择，只能从零开始了吗？当然不是，内核构建系统已经为开发者考虑了这些。
一方面内核为很多平台附带了默认配置文件，保存在arch/＜arch＞/configs目录下，其中＜arch＞对应具体的架构，如x86、arm或者mips等。比如，对于x86架构，内核分别提供了32位和64位的配置文件，即i386_defconfig和x86_64_defconfig；对于arm架构，内核提供了如NVIDA的Tegra平台的默认配置tegra_defconfig，Samsung的S5PV210平台的默认配置s5pv210_defconfig等。
如果我们打算使用x86的32位的默认配置，执行下面命令即可：
如果想使用Samsung的S5PV210平台的默认配置，则使用如下命令：
如果对这些内核内置的默认配置依然不满意，kbuild还提供了创建一个最小配置的方法，从某种意义上讲，这是最彻底的定制方式了，命令如下：
执行该命令后，内核除了选中必选项外，其余全部不选。我们举个例子来展示这个配置方式，例如某Kconfig文件中有如下配置：
如果我们在IA32上执行"make allnoconfig"，则内核构建系统基本按照如下规则处理上述各配置项。
◆ config A：无条件选中。
◆ config B：不会被选中，因为平台不是X86_64架构。
◆ config C：无条件选中。另外，因为该选项明确要求选中D，所以选项D也会被选中。
◆ config E：不会被选中。
◆ config F：不会被选中。虽然该选项指出默认值"default y"，但是注意"default y"和"def_bool y"是有本质区别的，"def_bool y"是无条件选中，"default y"只是建议。
执行make allnoconfig后，生成的配置文件.config如下：
在本书中，我们基于make allnoconfig的结果开始配置内核，命令如下：
接下来各节中，我们以这个基本配置为基础，按照需要进行具体的配置。希望读者可以通过这个过程的学习，能够做到举一反三，在具体的项目中进行最优的配置。
3.3.3 配置处理器
1.选择处理器型号
对于x86架构来说，其具有向后兼容性，较新的处理器都支持较早的处理器的指令。因此，为较早的处理器开发的程序都可以在较新的处理器上运行，但是反过来则不一定了，因为较早的处理器当然不会支持较新的处理器中的一些指令。
因此，选择支持越早的处理器，则内核就可以在更多的机器上运行。对于很多Linux发行版，通常就是依照这个原则。比如Ubuntu12.10的内核配置支持的处理器型号为Pentium Pro（686），这样理论上可以确保Ubuntu12.10可以运行在Pentium Pro以后的所有系列机器上。
如此选择虽然带来了兼容性的好处，但是付出的代价可能就是丧失了速度。比如，为Pentium Pro编译的内核，只针对Pentium Pro进行了优化，显然不能使用最新处理器中的更高级的指令。
对于其他架构亦如此，甚至有过之而无不及，比如都是ARM处理器，但是如果目标平台是Freescale iMX系列，处理器型号显然不能选择Samsung的S3C系列。
在Linux操作系统中，可以使用如下命令查看处理器的具体型号：
下面是配置内核支持的处理器型号的步骤。
1）执行make menuconfig，出现如图3-4所示界面。
图 3-4 配置处理器型号（1）
2）在图3-4中，选择菜单项"Processor type and features"，出现如图3-5所示界面。
图 3-5 配置处理器型号（2）
3）在图3-5中，选择菜单项"Processor family"，出现如图3-6所示的界面。
图 3-6 配置处理器型号（3）
4）以笔者的机器为例，根据前面察看的CPU信息，显然选择图3-6中的"Core 2/newerXeon"是最适合的。如果在列表中没有与实际CPU型号完全吻合的，可选择与它最接近的一项。
2.配置内核支持SMP
如果机器有多颗CPU（包括多核），为了更好地发挥多颗CPU的性能，需要配置内核支持SMP。下面是配置内核支持SMP的步骤。
1）执行make menuconfig，出现如图3-7所示的界面。
图 3-7 配置SMP（1）
2）在图3-7种，选择菜单项"Processor type and features"，出现如图3-8所示的界面。
图 3-8 配置SMP（2）
3）在图3-8中，选中"Symmetric multi-processing support"。
3.3.4 配置内核支持模块
在嵌入式系统中，由于外围设备相对比较固定，因此，在编译内核时，基本可以确定内核需要支持哪些特性，例如支持哪些硬件、支持哪些文件系统等。而对于用在PC系统上的内核，因为个人计算机中包含的硬件千差万别，为了提供更好的兼容性，各家Linux发行版的内核都尽可能地包含更多的功能，支持更多的硬件。但是，如果所有的功能模块和驱动全部编译进内核映像，势必造成内核极其庞大。以作者使用的Ubuntu12.10发行版为例，其内核映像大小为5MB，而该发行版中包含的内核模块的尺寸约为100MB左右。也就是说，如果把全部的模块都编译进内核映像，内核映像的尺寸大约要增加100MB，而其中绝大部分模块在特定的一台机器上是根本不会用到的。
除了尺寸上的考虑外，更大的灵活性也是一方面。比如，开发人员在开发某个驱动时，如果使用模块机制，只需单独编译驱动，然后动态加载，即可进行调试；而不必重新编译整个内核，甚至重启系统。
因此，在我们编译的内核中，启用内核的动态加载模块特性。下面是配置内核支持模块机制的步骤。
1）执行make menuconfig，出现如图3-9所示的界面。
图 3-9 配置内核支持模块（1）
2）在图3-9中，选中菜单项"Enable loadable module support"，允许内核动态加载模块，出现如图3-10所示的界面。
图 3-10 配置内核支持模块（2）
3）在图3-10中，选中"Module unloading"，允许内核动态卸载模块。
3.3.5 配置硬盘控制器驱动
一般而言，PC的根文件系统都保存在硬盘上，因此，我们需要配置内核的硬盘驱动。在笔者写作这本书时，大多数现代PC都使用SATA接口的硬盘，SATA硬盘基本已经全面取代了IDE硬盘。因此，我们以SATA硬盘为例，讨论内核中硬盘驱动的配置。关于SATA控制器驱动的配置，需要从三个方面考虑。
（1）硬盘控制器的接口
SATA控制器使用的是PCI接口，挂在PCI总线上，所以首先需要配置内核支持PCI总线。
可以使用lspci命令查看SATA硬盘的相关信息。下面以笔者机器为例，执行lspci命令输出的关于SATA控制器的相关信息：
显然，在0号PCI总线上，有一个SATA控制器，工作模式为AHCI，使用的内核驱动是ahci。
（2）与SCSI层之间的关系
在内核中，SATA设备被实现为一个SCSI设备，如图3-11所示。
图 3-11 SATA子系统结构
因此，虽然目标机器上可能没有SCSI设备，但是如果要支持SATA控制器，内核也要配置支持SCSI。
（3）底层设备驱动
在图3-11中，内核将SATA驱动从逻辑上划分为两层：
◆ SATA Translation，这一层负责SCSI和SATA协议之间的翻译，在SATA驱动中被封装为libata模块。
◆ Low Level Device Driver，在SATA Translation层下，是直接面对设备的底层驱动。很多SATA控制器均提供两种可选模式：一种是模拟传统的IDE，通常称为Compatibility模式，这种模式是为了向后兼容那些较早的不支持SATA的操作系统；另外一种是AHCI模式，这种模式可以提供更好的性能及传输速度。对于Intel的SATA控制器来说，内核为这两种不同的模式分别实现了驱动：ata_piix和ahci。ata_piix驱动用于Compatibility模式，ahci驱动用于AHCI模式。
从kbuild中有关SATA的Kconfig中，我们也可以清楚地看到SATA控制器对PCI和SCSI的依赖：
先看配置项ATA，正如配置中的描述"Serial ATA and Parallel ATA drivers"，这一项对应于SATA和PATA设备。注意其中用黑体标识的部分，这一配置项是依赖SCSI的而且ATA是选择（select）依赖SCSI。也就是说，一旦配置内核支持ATA设备，kbuild将自动选中内核的SCSI支持。
/>再来看配置项SATA_AHCI和ATA_PIIX，这两项对应的就是前面所说的SATA控制器的驱动，SATA_AHCI用于驱动AHCI模式，ATA_PIIX用于驱动Compatibility模式。根据上面我们用黑体标示的部分，可以清楚地看到，这两项均要求内核支持PCI总线。
下面我们就具体配置这三个部分。
1.配置PCI总线
因为SATA控制器使用的是PCI接口，所以我们首先来配置内核支持PCI总线。
1）执行make menuconfig，出现如图3-12所示的界面。
图 3-12 配置PCI总线（1）
2）在图3-12中，选择菜单项"Bus options"，出现如图3-13所示的界面。
图 3-13 配置PCI总线（2）
3）在图3-13中，选中菜单项"PCI support"。PCI总线配置完毕。
2.配置SCSI
接下来配置SCSI。
1）执行make menuconfig，出现如图3-14所示的界面。
图 3-14 配置SCSI（1）
2）在图3-14中，选择菜单项"Device Drivers"，出现如图3-15所示的界面。
图 3-15 配置SCSI（2）
3）在图3-15中，选择菜单项"SCSI device support"，出现如图3-16所示的界面。
图 3-16 配置SCSI（3）
4）在图3-16中，选中"SCSI device support"和"SCSI disk support"，注意将它们都编译进内核，而不是编译为模块。SCSI配置完毕。
3.配置SATA控制器驱动
下面来配置SATA控制器驱动。
1）执行make menuconfig，出现如图3-17所示的界面。
图 3-17 配置SATA控制器驱动（1）
2）在图3-17中，选择菜单项"Device Drivers"，出现如图3-18所示的界面。
图 3-18 配置SATA控制器驱动（2）
3）在图3-18中，选择"Serial ATA and Parallel ATA drivers"（注意将它编译进内核，而不是编译为模块），出现如图3-19所示的界面。
图 3-19 配置SATA控制器驱动（3）
4）笔者的机器使用的是Intel SATA控制器，所以选择图3-19中的"AHCI SATA support"和"Intel ESB，ICH，PIIX3，PIIX4 PATA/SATA support"。前者是工作在AHCI模式的Intel SATA控制器的驱动，后者是工作在Compatibility模式的Intel SATA控制器的驱动。注意将它们也都编译进内核。
至此，SATA控制器的驱动配置完成。接下来我们编译内核，并将编译好的内核保存在目标系统的根文件系统的boot目录下。
下面测试新编译的内核。首先在虚拟机的sda2分区上创建boot目录，用来存放内核映像：
将新编译的内核复制到虚拟机：
并在虚拟机GRUB的配置文件中添加如下启动项：
注意将虚拟机的GRUB的配置文件grub.cfg中的timeout都设置为一个正值，比如5s，这样GRUB才会给我们机会选择引导哪个系统。
然后重新启动并进入vita系统，运行结果如图3-20所示。
图 3-20 配置SATA控制器驱动后内核运行情况
根据内核的输出信息可见，内核已经正确识别了SATA硬盘。但是因为没有找到合适的文件系统挂载sda2分区，所以在“抱怨”"No filesystem could mount root"后出现了"panic"。因此，在下一小节，我们配置内核对文件系统的支持。
3.3.6 配置文件系统
内核支持多种文件系统，但是由于我们仅使用Ext4文件系统，所以这里仅配置内核包含Ext4文件系统驱动模块。Ext4驱动是向后兼容的，也就是说它也可以驱动Ext3和Ext2文件系统。下面是配置文件系统的步骤。
1）执行make menuconfig，出现如图3-21所示的界面。
图 3-21 配置文件系统（1）
2）在图3-21中，选择菜单项"File Systems"，出现如图3-22所示的界面。
图 3-22 配置文件系统（2）
3）在图3-22中，选中配置项"The Extended 4(ext4)filesystem"，并将其直接编译进内核。
在格式化Ext4文件系统时，工具mke2fs.ext4会默认支持"huge_file"特性，而该特性要求内核支持大于2TB的块设备或文件，因此，我们配置内核支持这一特性。
1）执行make menuconfig，出现如图3-23所示的界面。
图 3-23 配置支持大于2TB的块设备和文件（1）
2）在图3-23中，选择菜单项"Enable the block layer"，出现如图3-24所示的界面。
图 3-24 配置支持大于2TB的块设备和文件（2）
3）在图3-24中，选中配置项"Support for large(2TB+)block devices and files"。
3.3.7 配置内核支持ELF文件格式
在上一节，我们配置了内核支持Ext4文件系统。但是内核从文件系统加载文件，仅支持文件系统还是不够的，内核还要支持具体的文件格式，当前Linux系统使用的标准二进制格式是ELF，因此需要配置Linux支持ELF文件格式。以下是配置内核支持ELF文件格式的步骤。
1）执行make menuconfig，出现如图3-25所示的界面。
图 3-25 配置内核支持ELF文件格式（1）
2）在图3-25中，选择菜单项"Executable file formats/Emulations"，出现如图3-26所示的界面。
图 3-26 配置内核支持ELF文件格式（2）
3）在图3-26中，选中配置项"Kernel support for ELF binaries"。ELF格式支持配置完毕。
在配置内核支持ELF文件格式后，我们重新编译内核并使用新编译的内核引导vita系统后，系统的输出如图3-27所示。
图 3-27 配置文件系统和文件格式后内核运行情况
根据内核输出的信息可见，内核已经识别出硬盘的分区，也识别出了sda2分区使用的文件系统，并使用Ext4文件系统驱动成功挂载了该分区。但是内核在“报怨”"No init found…"后，依然出现了"panic"。那么，这里的"init"指的是什么呢？我们看一下内核进入用户空间的过程：
函数kernel_init首先尝试执行initramfs中的字符串ramdisk_execute_command代表的命令。目前没有使用initramfs，所以这个字符串为空，于是其继续尝试到根文件系统中寻找程序，首先其将尝试寻找字符串execute_command代表的命令。
根据下面代码：
字符串execute_command代表用户通过内核命令行参数"init"明确指定的程序，形如：
在上面grub的配置文件中，使用黑体标识的部分就是明确告诉内核，第一个进程直接运行根文件系统中目录/bin下的bash。如果用户没有通过命令行参数"init"指定第一个进程执行的程序，这个进程将依次尝试执行/sbin、/etc、/bin下的init，最后尝试执行/bin/sh。
由于目前根文件系统中除了内核的映像外没有任何文件，因此，内核找不到任何程序，所以在报告"No init found…"后出现"panic"了。为了辅助验证内核的构建，在下一节我们将构建一个基本的根文件系统。