如何修补 Linux 内核：完整指南

大家好！我是大聪明-PLUS！

在这个项目中，我今年夏天接到了一个颇具挑战性的任务：在Linux内核中实现以太网接口的PROTO_DOWN选项。内核默认仅支持vxlan和macvlan接口的PROTO_DOWN选项，而以太网接口是否支持则取决于网络设备驱动程序。

本文将详细介绍这项任务中与 Linux 内核相关的部分。我投入了大量时间和精力来实现这项需求，并希望与社区分享我的经验。我会尽可能详细地解释每个步骤，以便您即使从未进行过内核开发，也能在此基础上构建自己的开发流程。本文不仅对程序员有用，对 Linux 爱好者也很有帮助，因为它更侧重于操作系统操作的细节，而非编程本身。

首先，我必须弄清楚内核中 PROTO_DOWN 的工作原理，并理解为什么我们的驱动程序不支持它。然后，我必须找到修复方法并将其集成到我们的代码中。

这是我第一次接触 Linux 内核代码，我兴奋不已。我之前用了三年 Arch 作为我的主要操作系统，也用过六年其他 Linux 发行版。我对操作系统及其组件的工作原理略知一二。我一直对事物运作的原理充满好奇，这也是我最初使用 Linux，后来又转而使用 Arch 的原因。现在，我进入了下一个阶段------探索 Linux 的奥秘究竟有多深。

我首先需要的是一个实验环境。试图修改宿主机的内核来进行开发是非常愚蠢且危险的------当然，这确实是我的第一步。不过我并没有搞砸任何东西，所以我们跳过这部分。下一步是使用虚拟机。在我看来，通过图形安装程序手动安装系统既费时又无趣。但我用的是 Arch Linux，所以我知道如何使用文本模式安装程序来安装系统。

接下来，我找到了将虚拟磁盘挂载到主机系统的方法，并在其上安装了系统。这种安装方式与使用带有 Live CD 镜像的 U 盘安装系统并无二致。正是基于此，我编写了一个脚本，用于自动创建 Arch 虚拟机镜像。

虚拟拱门

使用脚本创建图像非常快；我不到一分钟就能完成。

Arch 安装时间

下一步是构建内核。这一步骤是在容器中完成的，而不是在虚拟机中。这样可以节省资源并加快构建速度。构建本身很简单：只需调用 `make` 命令并指定目标即可。自行配置内核非常困难且耗时。创建一个能够正常运行的配置则更加困难。最初，我尝试使用图形化工具自行配置。但这样构建的内核无法运行，我意识到这不是一个可行的方案。我需要一个合适的配置。

通常情况下，一个正常运行的系统会有一个内核配置文件，其中包含构建过程中使用的配置参数。它通常位于*`/boot/config-*` 目录* 下。我们的交换机也有一个这样的配置文件，所以我以此为基础进行配置。有了合适的配置文件后，我切换到了虚拟的Debian 系统，因为它更接近我们的操作系统。

内核构建系统支持多种不同的构建目标：

可用的内核构建包

Debian 使用apt ，所以我构建了一个 deb 包。在许多发行版中，以软件包形式分发是更新内核的标准方法。当时，我对这一切的工作原理并不完全了解，所以这是最好的入门选择。

构建内核 deb 包

我将软件包传输到虚拟机，并使用软件包管理器进行了安装。重启后，我本以为会在引导加载程序菜单中看到新内核，但它并没有出现。幸运的是，旧内核没有被删除，所以我能够使用它启动系统。

Grub 引导程序没有显示内核，所以我推测问题出在引导加载程序的配置上。我打开 grub.cfg 文件，发现里面没有任何关于内核的信息。我记得 Arch Linux 有一个可以生成引导加载程序设置的脚本，后来我又找到了一个类似的 Debian 脚本。但是用这种方法生成的配置在我这里却不起作用：系统根本无法启动。

为了避免费力去研究自动生成的文件并尝试修复它，我决定弄明白它的工作原理。在学习了语法之后，我自己创建了配置文件，并成功启动了内核。这证实了这种方法是有效的，这也是你现在能看到这篇文章的原因。:)

准备环境

你需要QEMU 来运行虚拟机，需要Docker 来进行开发。除了显而易见的用途之外，还需要 Docker 才能通过chroot在虚拟机中运行其他发行版。在把所有东西都放到容器里之前，我尝试过所有操作都在主机上完成。但是，由于我运行的是 Arch Linux，而 Debian 系统需要用到，所以没有容器我根本无法完成这些工作。

QEMU 和 Docker 是您最需要的工具。其余的实用程序在大多数发行版中都已预装，即使没有预装，手动安装也没问题。我的仓库中的脚本会检查您的系统是否安装了必要的实用程序，并报告任何缺失的命令。

安装 Debian

我非常不喜欢手动安装 Debian，所以很高兴能够使用控制台命令来安装系统。这可以自动创建镜像，加快工作环境的准备速度。也许你使用的是其他发行版，不知道如何安装或者无法使用命令行安装。在这种情况下，你可以选择手动安装。关键是要得到一个 qcow2 格式的磁盘。你也可以使用其他格式，但那样的话就需要修改我的脚本，因为它们是为 qcow2 格式设计的。

首先，我们需要创建一个虚拟磁盘。它将包含虚拟系统。创建一个原始镜像。

复制代码

`qemu-img create `-o` `preallocation=`falloc `-o` `nocow=`on `-f` raw disk.raw 10G`

这条命令会创建一个原始 格式的虚拟磁盘文件，方便用户快速上手。使用预分配选项，我们让 QEMU 为元数据分配空间，其余空间则保持未分配状态。10G显然表示磁盘大小。稍后我们会将原始文件转换为 qcow2 格式，转换后的文件将占用系统所需的空间。

nocow 选项仅适用于 btrfs 文件系统；它对其他文件系统无效。对于 btrfs 文件系统，它应该可以减轻性能损失。以下是 QEMU 文档中的相关说明：

当虚拟机镜像文件托管在 Btrfs 文件系统时，其性能较低，尤其是在虚拟机上的客户机也使用 Btrfs 作为文件系统时，性能下降更为明显。关闭写时复制 (COW) 是一种缓解性能问题的办法。

我用的是 btrfs 文件系统和 PCIe 5.0 硬盘，没发现什么区别。不过，如果你愿意的话，可以把奶牛图案去掉。

接下来，我们需要格式化虚拟磁盘。我们将使用GPT 分区 和传统 BIOS 。为什么不选择UEFI 呢？虚拟UEFI 需要OVMF ，这是一款用于支持虚拟机中 UEFI 的软件。BIOS不需要任何额外组件，因此这个方案更简单。虽然UEFI 可以配合 OVMF 使用，但如果您使用的是非标准架构，可能难以安装 OVMF。因此，我们将使用 BIOS。BIOS 分区需要 1 MB 的空间，剩余空间将分配给系统并格式化为ext4。

以下命令将在磁盘上创建一个gpt表：

复制代码

`parted `-s` disk.raw mktable gpt`

以下命令将在文件中创建一个 1 MB 的分区。该分区位于磁盘地址空间的前两个兆字节之间。这是主分区，系统启动需要用到它。

复制代码

`parted `-s` disk.raw mkpart primary 1M 2M`

接下来，我们需要将其标记为可启动分区。`bios_grub`标志表示我们将使用 BIOS。"1"表示这是启动分区：

复制代码

`parted `-s` disk.raw `set` `1` bios_grub on`

最后一步是将所有剩余磁盘空间分配给系统根分区。该分区将作为主分区，起始大小为 2 MB，紧接在 BIOS 分区之后。"100%"表示所有剩余空间已使用完毕。

复制代码

`parted `-s` disk.raw mkpart primary ext4 2M `100`%`

命令执行完毕后，虚拟磁盘将被分成两个分区。第一个分区用于启动系统，我们之后不会再对其进行任何操作。第二个分区将包含系统以及运行系统所需的一切文件。

现在需要将虚拟磁盘连接到主机系统。这可以通过使用loop 设备来实现。该命令相当于将物理磁盘连接到系统，但它适用于虚拟磁盘：

复制代码

sudo` losetup `--find` `--partscan` disk.raw`

系统中将出现一个新的虚拟文件设备，它链接到虚拟磁盘文件。请找出磁盘连接的位置：

复制代码

`losetup `-a`
/dev/loop0: []: (/home/mrognor/Desktop/Qemu/disk.raw)`

此命令显示设备**/dev/loop0** 指向文件disk.raw 。设备名称可能因系统而异。本文将使用loop0 ，但请务必将其替换为您自己的设备名称。

将磁盘上的第二个分区格式化为ext4 文件系统。操作系统将安装在此分区上。不要忘记设置循环设备名称。

复制代码

sudo` mkfs.ext4 /dev/loop0p2`

现在您可以将循环设备挂载到主机系统。以下命令会将虚拟磁盘的第二个分区挂载到主机系统。/mnt是分区路径。

复制代码

sudo` mount /dev/loop0p2 /mnt`

您的虚拟磁盘会像真实磁盘一样连接到您的系统。您可以像在物理计算机上一样，从U盘安装操作系统到虚拟磁盘上。

现在你需要找到系统分区的UUID。这个标识符可以帮助你在系统启动时识别磁盘。注意不要与循环设备混淆。

复制代码

`lsblk -f /dev/loop0p2
NAME    FSTYPE FSVER LABEL UUID                                 FSAVAIL
FSUSE% MOUNTPOINTS
loop0p2 ext4   1.0         f0509427-31bf-4216-9155-7607141c6267    9.2G
0% /mnt`

系统启动时需要用到这个UUID ，请将其保存到某个地方。

有一个用于安装 Debian 的debootstrap 脚本。为了避免将其安装在主机系统上，我们将使用Docker 容器 。我将使用debian:trixie，因为旧版本的容器不支持所需的软件版本。

复制代码

`docker run `-it` `--mount` `src=`/mnt`,target=`/mnt`,type=`bind `--rm` `--privileged` debian:trixie`

此命令将启动一个具有管理员权限的 Debian 容器。包含已挂载虚拟磁盘的*/mnt*目录也将挂载到容器中。这样，容器内就可以像访问普通目录一样访问该磁盘。

我们将把所有安装所需的软件包安装到一个临时容器 中，而不是Docker 镜像中 ，因为我们只需要它们一次。Debootstrap用于系统本身，而grub2用于安装引导加载程序：

复制代码

`apt-get update `-y` && apt-get install `-y` debootstrap grub2`

之后，您可以使用以下命令安装系统：

复制代码

`debootstrap trixie /mnt`

这条命令会将 trixie 安装到*/mnt* 目录。由于 Linux 系统中一切皆文件，你可以想象这条命令只是将整个 Debian 文件结构放入*/mnt目录。*

但文件结构本身不足以启动系统。引导加载程序负责实际的启动过程，因此也需要安装在镜像中。我们将使用grub2。它的软件包已经安装在容器中；剩下的工作就是将引导加载程序本身安装到虚拟磁盘上。别忘了将 loop0 替换为您的设备。

复制代码

`grub-install `--recheck` `--target=`i386-pc `--modules=`part_gpt `--boot-directory=`/mnt/boot /dev/loop0`

此命令会将引导加载程序安装到*/mnt/boot* 。在虚拟磁盘上，这对应于*/boot*路径。

Debootstrap 不会安装操作系统内核。虽然我们会编译自己的内核，但最好还是安装一个预编译好的内核。这有助于验证修改。在 Debian 系统中，内核以*.deb 软件包的*形式提供。该软件包包含内核运行所需的一切，包括内核文件本身和所有内核模块。

容器用于同步主机和虚拟磁盘上的操作系统。使用chroot ，您可以将虚拟机镜像作为文件系统的根目录来运行命令。这应该等同于在正在运行的虚拟机中运行命令。实际上，内部流程会略有不同，但这对我们来说没问题。

虚拟磁盘以环路设备的形式挂载。它先挂载到主机系统，然后连接到 Docker 容器。在容器内部，使用 chroot 来访问客户操作系统。

让我们通过软件包管理器安装内核：

复制代码

chroot` /mnt `bash` `-c` `'apt-get install -y linux-image-amd64'

为了方便起见，我们添加一个用户密码：

复制代码

chroot` /mnt `bash` `-c` `'echo "root:root" | chpasswd'

至此，容器内的工作已完成，您可以退出容器：

复制代码

exit

要使系统启动，您需要指定哪些分区应该挂载到哪里。为此，您需要在fstab 文件中进行指定。该文件用于在系统启动期间挂载设备。打开该文件/mnt/etc/fstab并粘贴以下文本：

复制代码

# Static information about the filesystems.`
`# See fstab(5) for details.`


`# <file system> <dir> <type> <options> <dump> <pass>`
`# /dev/loop0p2`
UUID=f0509427-31bf-4216-9155-7607141c6267 / ext4 rw,relatime 0 1`

别忘了将UUID替换成你自己的 UUID。此文件指定将具有你提供的 UUID的分区挂载为文件系统的根目录。

接下来，你需要配置 GRUB，让它知道内核和 initrd.img 或 initramfs 的位置。Initramfs 是用于挂载主文件系统的引导文件系统。它加载到 RAM 中，包含检测已连接设备所需的一切信息。

使用引导加载程序配置文件/mnt/boot/grub/grub.cfg。将以下文本粘贴到该文件中，并务必将uuid替换为您自己的 uuid。

复制代码

`set default=0
set timeout=5


uuid=f0509427-31bf-4216-9155-7607141c6267


menuentry 'Debian' --class arch --class gnu-linux --class gnu --class os 'gnulinux-simple-$uuid' {
    insmod gzio
    insmod part_gpt
    insmod ext2
    echo    'Loading Linux linux ...'
    linux   /vmlinuz root=UUID=$uuid rw loglevel=3 quiet console=ttyS0
    echo    'Loading initial ramdisk ...'
    initrd  /initrd.img
}`

第一行指定默认加载哪个条目。目前只有一个条目，因此该参数值为 0。

第二行指定了系统启动前的延迟时间。我建议预留一些时间，以便在修补后的内核出现任何错误时，您可以启动回原始内核。

启动选项通过menuentry 指定。以linux 开头的行在这里很重要。这是内核及其启动选项的路径。root用于挂载文件系统的根目录。我们将使用uuid 来标识分区。另一个重要的选项是console=ttyS0 。它允许您以文本模式启动系统，无需 创建单独的图形窗口，即可直接在控制台中工作。

新系统的 grub 窗口

安装完成。将虚拟磁盘从主机文件系统中分离：

复制代码

sudo` umount `-l` /mnt
`sudo` losetup `-d` /dev/loop0`

Raw 格式对于处理虚拟机来说并不方便，因此需要将其转换为 qcow2 格式：

复制代码

`qemu-img convert `-f` raw `-O` qcow2 disk.raw disk.qcow2`

之后您可以删除原始文件：

复制代码

rm` disk.raw`

要测试安装是否成功，请使用以下命令启动虚拟机：

复制代码

`qemu-system-x86_64 `-enable-kvm` `-smp` `2` `-m` 1024m `-drive` `format=`qcow2`,file=`disk.qcow2 `-nographic` `-serial` mon:stdio`

如果您使用的是非 x86 处理器，则 QEMU 启动命令会有所不同。

-enable-kvm - 启用内核内置的虚拟机管理程序，以加快运行速度。
-smp 2 --- 处理器核心数，您可以指定任意数字。
-m 1024m --- 内存大小。
-drive format=qcow2,file=disk.qcow2 --- 将磁盘连接到虚拟机。
-nographic --- 用于禁用创建图形窗口的键。
-serial mon:stdio --- 以文本模式启动系统的键。

虚拟机的登录名和密码是root:root 。要停止虚拟机，可以使用Ctrl-A + x 组合键或shutdown 0命令。

正在运行的虚拟机

此时，停止虚拟机。

准备 Docker 镜像

为了最大程度地减少错误并简化部署，构建过程将在 Docker 容器中进行。如上所述，这是一个可选步骤，您可以在主机上执行所有操作，但我建议使用容器。

创建一个包含以下内容的Dockerfile 。

复制代码

`FROM debian:trixie


ARG DEBIAN_FRONTEND=noninteractive DEBCONF_NOWARNINGS=yes


RUN apt-get update -y && \
   apt-get upgrade -y && \
   apt-get install -y \
   build-essential \
   libncurses-dev \
   debhelper \
   dwarves \
   gcc \
   bc \
   bison \
   flex \
   libssl-dev \
   libelf-dev \
   python3 \
   rsync \
   kmod \
   zstd \
   clangd \
   bear \
   cpio \
   libdw-dev \
   adduser`

此镜像基于debian:trixie，并安装了构建所需的所有软件包。

要构建镜像，您需要使用以下命令：

复制代码

`docker build `-t` kernel-dev .`

此命令将构建一个名为 kernel-dev 的镜像。

构建内核

本项目中使用的是闭源内核，其源代码存储在公司服务器上。不过，这些说明是通用的，因此本文将以从 kernel.org Git 仓库获取的原始内核为例进行讲解。我还用 Debian 内核测试了该补丁，没有发现任何差异。如果您使用的是自己的内核，也很容易根据说明进行调整。

内核代码库非常庞大，如果您担心文件过大，可以从kernel.org 或项目的GitHub发布页面下载源代码压缩包。将代码库克隆到您的计算机：

复制代码

git` clone https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/stable/linux.git`

将项目切换到所需的内核版本。您可以在虚拟机中直接找到它。运行它：

复制代码

`qemu-system-x86_64 `-enable-kvm` `-smp` `2` `-m` 1024m `-drive` `format=`qcow2`,file=`disk.qcow2 `-nographic` `-serial` mon:stdio`

调用 uname -a 命令：

复制代码

`uname `-a

我的结论是：

复制代码

`Linux 4bc6af05e42a 6.12.43+deb13-amd64 #1 SMP PREEMPT_DYNAMIC Debian
6.12.43-1 (2025-08-27) x86_64 GNU/Linux`

遗憾的是，并非所有镜像都包含所有标签，所以我切换到了内核 6.12：

复制代码

cd` linux
`git` checkout v6.12
`cd` ..`

现在我们需要获取内核配置文件。从目标系统（即需要打补丁的内核系统）获取。之前我直接从一台运行中的交换机上获取了配置文件，但现在我们将从虚拟机中获取。它位于 `/ boot` 目录下，名为*`config-*`* 。我们需要将此文件移动到*`linux`* 目录并保存为*`.config`*。

内核也可以使用预编译的 make 目标进行配置，例如defconfig 或tinyconfig。以下摘自 Makefile 的目标描述：

Defconfig --- 使用 ARCH 提供的 defconfig 中的默认值创建新配置。
Tinyconfig - 配置尽可能小的内核。

这些目标的组装速度比完整配置快得多，因此您可以使用它们来节省时间。

由于我们要操作虚拟磁盘上的文件，因此需要将其挂载到主机系统。遗憾的是，我们不能使用 Losetup，因为它不支持 qcow2 格式。要挂载此类磁盘，我们将使用nbd。这项技术允许您将虚拟磁盘作为网络块设备进行访问。

加载nbd内核模块以挂载虚拟磁盘：

复制代码

sudo` modprobe nbd`

执行该命令后，nbd 设备将被添加到系统中。

我的系统上的 NBD 设备列表

您的系统可能已经连接了一些 nbd 设备。您可以使用nbd-client命令进行检查。该命令将显示是否有任何设备连接到 nbd 设备：

复制代码

`nbd-client `-c` /dev/nbd0`

首先搜索空闲设备编号 0。如果命令没有返回任何结果，则可以连接到该设备。否则，请增加设备编号。找到可用空间后，将虚拟磁盘文件连接到该空间并将其挂载到主机文件系统中：

复制代码

sudo` qemu-nbd `-c` /dev/nbd0 disk.qcow2
`sudo` mount /dev/nbd0p2 /mnt`

复制内核配置文件。在虚拟机中，它位于*/boot* 目录下。虚拟机的文件系统挂载在*/mnt 目录* 下，因此完整路径为*/mnt/boot* 。该文件应放置在源代码目录中，并命名为*.config*。

复制代码

cp` /mnt/boot/config-6.12.43`+`deb13-amd64 linux/.config`

文件复制完成后，即可断开磁盘连接：

复制代码

sudo` umount `-l` /mnt
`sudo` qemu-nbd `-d` /dev/nbd0`

未来，磁盘的连接和断开将以类似的方式处理。或者，您也可以在虚拟机运行时直接使用SSH 。

现在我们可以开始构建了。为此，我们需要启动一个 Docker 容器。务必将其置于源代码仓库的上一级目录，因为 .deb 软件包是在源代码仓库的上一级目录中创建的。

复制代码

`docker run `-it` `--rm` `--mount` `src=`.`,target=$(pwd),type=`bind `--privileged` `-w` `$(pwd)` kernel-dev`

在容器内，进入源代码目录：

复制代码

cd` linux`

要在 QEMU 中运行内核，需要将以下选项添加到配置中：

复制代码

`./scripts/config `-e` CONFIG_64BIT \
                `-d` CONFIG_EMBEDDED \
                `-d` CONFIG_EXPERT \
                `-e` CONFIG_SERIAL_8250 \
                `-e` CONFIG_SERIAL_8250_CONSOLE \
                `-e` CONFIG_VIRTIO \
                `-e` CONFIG_VIRTIO_MENU \
                `-e` CONFIG_PCI \
                `-e` CONFIG_VIRTIO_PCI \
                `-e` CONFIG_VIRTIO_BLK \
                `-e` CONFIG_EFI_PARTITION \
                `-e` CONFIG_EXT4_FS \
                `-e` CONFIG_BINFMT_ELF \
                `-e` CONFIG_E1000 \
                `-e` CONFIG_VIRTIO_NET`

或者使用 make 目标：

复制代码

make` kvm_guest.config`

此配置将允许内核在 QEMU 中运行，并添加对虚拟网络设备的支持。-e 开关启用该选项，-d 开关移除该选项。

内核配置是整个过程中最复杂的部分。由于这是一份涵盖大多数开发场景的通用指南，我们将不再进行任何额外的配置更改。如果您不清楚具体需要启用或禁用哪些功能，最好不要进行任何修改。

附加配置点

随着内核的演进，会不断添加新功能，从而扩展其配置选项。旧版本内核的配置文件不包含这些新选项。构建之前，系统会检查所有选项，如果配置文件已过时，则会进行更新。运行构建过程时，用户可以交互式地选择新选项。

为了简化和自动化该过程，我们提供了一个特殊的 make 目标*------olddefconfig*。它会更新该文件并将所有新选项设置为其默认值：

复制代码

make` olddefconfig`

我在编译过程中遇到了一个问题。在一台配备 32GB 内存的工作笔记本电脑上，-j命令行选项make导致内存溢出，编译失败。我测试了多台不同处理器核心数和内存大小的设备，但从未遇到过此类问题。因此，指令中将使用" -jc"$(nproc)来表示编译线程数。您可以省略"c"选项$(nproc)，但这可能会导致问题。在我的家用电脑上，我使用 32 个线程进行编译，这在峰值时需要 64GB 内存。

复制代码

make` `-j$(nproc)` bindeb-pkg `LOCALVERSION=-patched

bindeb-pkg 选项用于指定构建 deb 软件包。需要注意的是，除了 deb 软件包之外，还可以构建rpm 、snap 和pacman 软件包。LOCALVERSION 选项用于向内核版本添加自定义字符串。您可以省略此选项，但添加此选项更方便：它可以帮助您快速识别内核版本。

组装可能需要相当长的时间，所以你或许应该去喝杯茶：

内核构建成功

恭喜！您已成功构建内核，现在它已与所有必需组件一起打包成 deb 软件包。内核软件包的名称类似于：linux-image-6.12.0-patched_6.12.0-1_amd64（不包含 dbg！）。系统还会创建其他软件包，但我们无需关注它们。deb 软件包名称以数字结尾，表示构建编号------例如，屏幕截图显示的是第一个构建版本。

DEB 包的每个新构建版本都会创建末尾带有递增版本号的文件，并且不会覆盖旧文件。这对于版本控制非常有用，但在自动化过程中务必注意这一点。现在您可以退出容器了。

安装内核

内核可以像普通的 deb 软件包一样安装。这是最简单便捷的方法，只需要一条命令即可。挂载虚拟磁盘：

复制代码

sudo` qemu-nbd `-c` /dev/nbd0 disk.qcow2
`sudo` mount /dev/nbd0p2 /mnt`

启动工作容器：

复制代码

`docker run `-it` `--rm` `--mount` `src=`.`,target=$(pwd),type=`bind `--mount` `src=`/mnt`,target=`/mnt`,type=`bind `-w` `$(pwd)` `--privileged` kernel-dev`

将包含新内核的文件复制到虚拟磁盘，记得将文件名更改为您自己的文件名，并且不要忘记写入版本号：

复制代码

cp` linux-image-6.12.0-patched_6.12.0-1_amd64.deb /mnt/root/`

将用户根目录切换 到虚拟机。由于 nbd 设备挂载到*/mnt* 目录，而主机路径*/mnt* 在容器内也映射到*/mnt目录，因此您需要* 切换到*/mnt*目录。这样您就可以从容器内将软件包安装到虚拟磁盘上：

复制代码

chroot` /mnt `bash

安装包含新内核的 deb 软件包：

复制代码

cd` root
dpkg `-i` linux-image-6.12.0-patched_6.12.0-1_amd64.deb`

返回主机：

复制代码

exit`
`exit

好了，新内核安装完成。没什么复杂的。剩下的就是告诉引导加载程序新内核的信息。为此，你需要编辑grub.cfg 文件并添加一个条目。

打开文件/mnt/boot/grub/grub.cfg。在文件开头，将方括号 [ ] 改为set default=0[ set default=1]。这将使第二个启动项默认启动。第二个启动项将启动新内核。在文件末尾添加以下文本：

复制代码

`menuentry 'Debian patched' --class arch --class gnu-linux --class gnu --class os 'gnulinux-simple-$uuid' {
   insmod gzio
   insmod part_gpt
   insmod ext2
   echo    'Loading patched linux kernel ...'
   linux   /boot/vmlinuz-6.12.0-patched root=UUID=$uuid rw loglevel=3 quiet console=ttyS0
   echo    'Loading initial ramdisk ...'
   initrd  /boot/initrd.img-6.12.0-patched
}`

在 `/ etc/kernel/` 和`/etc/ initramfs/` 行中指定内核和initramfs 的正确路径非常重要。这些路径指向虚拟磁盘文件系统中的内核文件。在安装 DEB 包期间，它们会被添加到*`/boot` 目录* 。您的内核版本可能有所不同；请务必将其替换为正确的版本。linux /boot/vmlinuz-6.12.0-patched root=UUID=$uuid rw loglevel=3 quiet console=ttyS0``initrd /boot/initrd.img-6.12.0-patched

现在您可以断开虚拟磁盘的连接：

复制代码

sudo` umount `-l` /mnt
`sudo` qemu-nbd `-d` /dev/nbd0`

启动虚拟机：

复制代码

`qemu-system-x86_64 `-enable-kvm` `-smp` `2` `-m` 1024m `-drive` `format=`qcow2`,file=`disk.qcow2 `-nographic` `-serial` mon:stdio`

引导加载程序菜单中将自动选择包含内核的第二个条目。操作系统将在 5 秒后开始加载。

Grub 检测到两个内核不同的条目

如果一切操作正确，您将启动到您编译的内核！

新加载的内核

在内核开发过程中，您可能会修改各种组件。有些组件是内核的一部分，有些则是模块。.deb 包允许您更新所有组件，但这并非总是必要的。如果您正在修改内核而非模块中的代码，则无需重新编译所有内容并构建 .deb 包。只需构建一个新的内核文件即可，这比重新编译整个软件包要快得多。

随着我们继续开发内核代码，更新 deb 软件包也不会有什么不同，下一章将讨论文件的更新。

内核补丁

为了演示整个过程，我们对内核代码进行一些小的修改。打开linux/net/core 目录下的rtnetlink.c 文件。找到以下这行代码并将其替换为一些文本：Protodown not supported by device

复制代码

if` (!dev->change_proto_down) {
    NL_SET_ERR_MSG(extack,  `"Hello world!"`);
    return `-EOPNOTSUPP`;
}`

这就是我们要修改的所有代码。之后，我们只需运行一个命令就能直观地看到这些更改。

将磁盘文件挂载到主机：

复制代码

sudo` qemu-nbd `-c` /dev/nbd0 disk.qcow2
`sudo` mount /dev/nbd0p2 /mnt`

进入构建容器：

复制代码

`docker run `-it` `--rm` `--mount` `src=`.`,target=$(pwd),type=`bind `--mount` `src=`/mnt`,target=`/mnt`,type=`bind `-w` `$(pwd)` `--privileged` kernel-dev`

进入内核目录并构建一个新的二进制文件。要构建单个内核文件而不是整个软件包，请使用不带目标的 make 命令：

复制代码

cd` linux
`make` `-j$(nproc)` `LOCALVERSION=-patched

之后，新内核将位于arch/x86/boot/bzImage目录下。请将虚拟机中的内核文件替换为新内核文件：

复制代码

cp` arch/x86/boot/bzImage /mnt/boot/vmlinuz-6.12.0-patched`

别搞错名称了。退出容器并卸载磁盘：

复制代码

sudo` umount `-l` /mnt
`sudo` qemu-nbd `-d` /dev/nbd0`

启动虚拟机：

复制代码

`qemu-system-x86_64 `-enable-kvm` `-smp` `2` `-m` 1024m `-drive` `format=`qcow2`,file=`disk.qcow2 `-nographic` `-serial` mon:stdio`

要查看更改，请运行以下命令：

复制代码

`ip link `set` dev ens3 protodown on`

结果大致如下：

这些变更实际上已经实施。

实际上，所有这些操作，包括替换内核文件和安装 DEB 软件包，都可以在运行的系统上完成。您可以使用scp传输必要的文件，并通过 ssh 安装软件包。由于 nbd 需要root 权限，这种方式可能更方便。仓库中提供了现成的脚本来实现这些操作。

我们本来可以就此结束，但为了获得更舒适的体验，最好启用LSP 服务器。它将为代码编辑器添加丰富的语言支持。我们将使用 clangd，因为它比 Intellisense 快得多，拥有适用于许多 IDE 的插件，而且我个人也更喜欢它。这将显著改善编码体验，尤其对初学者而言。

连接 clangd

本文将以 Code OSS（一个由社区开发的 VS Code 版本）为例，演示如何连接到它。连接到原生编辑器和其他编辑器的过程应该大同小异。

首先，将扩展程序安装到编辑器中：

扩展商店中的 clangd 页面

Intellisense 无法与 clangd 同时运行，因此如果您正在使用 Intellisense，可以创建一个单独的 VS Code 配置。为特定项目创建一个单独的配置，并在其中使用 clangd。不过，我建议您尽量经常使用 clangd 而不是 Intellisense。我很久以前就完全切换到了 clangd，从未后悔过。它唯一的缺点是默认配置，我不喜欢。但一旦根据自己的需求进行自定义，它就是一个非常强大的工具。

Clangd 非常智能，可以以多种模式运行。它可以仅使用项目中已有的文件在本地分析项目。然而，这种方式可能无法找到各种库和系统文件的头文件，也无法识别通过构建系统引入的额外头文件。

第二种操作模式是使用compile_commands.json 文件 。该文件包含所有项目构建信息，包括编译器选项以及所有包含和定义。它允许 LSP 服务器完整解析项目文件。现代构建系统（例如CMake）内置了生成该文件的功能。幸运的是，内核中有一个脚本可以生成此文件，但该脚本仅在内核构建完成后运行。如果您使用的是没有此脚本的旧内核，则可以使用 bear 工具。我最初也使用过 bear 工具，但脚本更方便。

由于构建过程在容器内进行，compile_commands.json 中的所有路径都将位于容器内。实际上，您可以让 clangd 在主机上运行。构建期间，主机和容器之间的所有路径都相同，因此compile_commands.json对主机也有效。但是，我更倾向于隔离构建环境，因此 clangd 将在容器内运行。这样可以实现无缝衔接：只需打开编辑器，一切都会自动运行。

你可能会问：为什么不直接在容器内打开编辑器呢？原因有二。首先，code-oss 不支持这种做法，所以我无法在容器内运行编辑器。其次，我的系统上有很多别名和其他设置，这些在容器内无法访问。因此，我在容器内运行 clangd，而编辑器和终端则保留在宿主机上。

在项目根目录下创建一个名为*`.vscode` 的文件夹。请记住，它应该位于核心源代码目录的上一级。在该文件夹中，创建两个文件：* `settings.json` 和*`clangd-in-container`*。您可以将第二个文件的名称更改为其他名称。

第一个文件是 VS Code 中的标准项目设置文件。请将以下文本添加到该文件中：

复制代码

`{
   "clangd.path": `"${workspaceFolder}/.vscode/clangd-in-container"`
}`

此设置将覆盖 lsp 服务器二进制文件的路径，并将其替换为一个脚本。通过此设置，我们可以以任何我们想要的方式运行 clangd。

将以下文本添加到clangd-in-container脚本中：

复制代码

# Symbolic links workaround`
`cd` `$(dirname "$0")`
`cd` ..


`# Wait compile_commands.json file`
`while` [ ! `-f` linux/compile_commands.json ];
`do`
`sleep` `1`
`done`

`# Launch lsp server`
docker run `-i` \
   `--rm` \
   `--mount` `src=`.`,target=$(pwd),type=`bind \
   `-w` `$(pwd)` \
   `--name` vs-code \
   kernel-dev:latest `bash` `-c` `"clangd $*"

添加前两行代码是为了解决符号链接的问题。之后，程序会启动一个循环，等待compile_commands.json文件生成。该文件由 一个 Python 脚本生成。在代码仓库中，构建完成后，该脚本会自动调用。

启动容器的命令比较复杂，需要单独解释。关键-i在于以交互模式启动容器。Clangd 通过标准输入/输出描述符与 IDE 通信，IDE 也以同样的方式与脚本通信。挂载是必要的，用于将源文件挂载到容器中并保存 clangd 缓存。该选项--name是可选的，但它可以简化正在运行的 Docker 容器列表。此选项-w对于正确的路径处理至关重要。它指向容器内的工作目录。IDE 和 lsp 服务器会交换项目文件的路径。IDE 提供本地主机路径，而 clangd 提供容器内的路径。

为了实现这一目标，这些路径需要对齐。这可以通过-w本地路径选项来实现，该选项允许将项目挂载到容器中，使用与主机上相同的路径。由于源文件是通过挂载的$(pwd)，因此主机和容器之间的所有路径都将匹配。这样，IDE 甚至不会知道 clangd 正在容器中运行。

通过字符串调用 clangd $*。这将把传递给 bash 脚本的所有参数替换为 clangd 的启动参数。这样无需修改脚本即可进行自定义。

授予脚本运行权限：

复制代码

chmod` `+`x clangd-in-container`

现在需要生成compile_commands.json 文件。为此，请进入项目根目录下的容器：

复制代码

`docker run `-it` \
 `--rm` \
 `--mount` `src=`.`,target=$(pwd),type=`bind \
 `-w` `$(pwd)` \
 kernel-dev:latest`

然后调用compile_commands.json生成脚本：

复制代码

cd` linux
python3 scripts/clang-tools/gen_compile_commands.py`

如果没有脚本，请使用 bear。你需要清理构建并调用它bear -- make。打开任意*.c* 或*.h 文件*，索引就会开始。

索引核心文件

您可能会注意到编辑器指出的一些错误。这是 clangd 对编译选项的提示，因为它无法识别这些选项。因此，您需要禁用此功能。请.clangd在项目根目录创建一个文件，并添加以下设置：

复制代码

CompileFlags:`
` Remove: [`-mpreferred-stack-boundary=3`,`
          -mindirect-branch=thunk-extern`,`
          -mindirect-branch-register`,`
          -fno-allow-store-data-races`,`
          -fmin-function-alignment=16`,`
          -fconserve-stack`,`
          -mrecord-mcount`]

这些是我遇到的标志，但可能还有其他标志。只需指出错误信息即可找到标志名称并将其添加到此文件中。要将启动选项传递给 clangd，请打开settings.json 文件 并在其中指定它们clangd.arguments。这样您就可以自定义所有内容。以下是我的 settings.json 文件内容：

复制代码

`{
  "clangd.path": `"${workspaceFolder}/.vscode/clangd-in-container"`,
  "clangd.arguments": [
     `"-header-insertion=never"`,
     `"--function-arg-placeholders=0"`
  ],
  "explorer.excludeGitIgnore": `false`,
  "search.useParentIgnoreFiles": `false`,
  "search.useIgnoreFiles": `false`
}`

至此，内核开发环境的手动准备工作就完成了。这个过程并不快，尤其考虑到内核构建时间，所以我创建了一个专门的代码仓库，以最大限度地减少必要的手动操作。

内核开发仓库

该项目实现了上述所有操作的自动化，并添加了一些便利功能，例如在虚拟机中运行 SSH 服务器。

主存储库文件是 config：

存储库配置

默认情况下，配置已完全就绪，但您可以根据需要进行自定义，例如添加内核源代码的链接。如果您计划从企业代码库修补内核，这将非常有用。目前，代码库中的脚本支持通过Git 下载以及指向tar 包的链接。

您可以使用 `USE_DEFCONFIG` 指定使用默认配置，以实现最快的构建速度。您还可以使用 `ADDITIONAL_CONFIG_OPTIONS` 添加自定义内核配置选项。这些选项将在下载源代码后、构建前应用。

您可以限制构建过程中使用的核心数和内存。请注意内存使用情况，如果内存不足，构建将会失败。仅在绝对必要时才限制内存，因为这会影响构建速度。

该仓库已完全准备好与 VS Code 配合使用，无需对 clangd 进行任何额外配置。仓库的scripts目录包含四种内核补丁脚本：通过挂载替换二进制文件、通过挂载安装 DEB 包、通过 scp 替换二进制文件以及通过 ssh 安装 DEB 包。

结论

我尽量用最简单明了的方式描述所有步骤，同时也揭示了操作系统的一些细微之处。我热爱Linux，也热爱学习它，所以我很想自己摸索、亲身实践，并将整个过程自动化。