8.10. Einen Kernel kompilieren

Die von Debian bereitgestellten Kernel umfassen die größtmögliche Anzahl an Leistungsmerkmalen wie auch ein Maximum an Treibern, um ein möglichst breites Spektrum der existierenden Hardware-Konfigurationen abzudecken. Daher ziehen es einige Anwender vor, den Kernel neu zu kompilieren, um so genau nur das einzuschließen, was sie wirklich brauchen. Es gibt zwei Gründe für diese Entscheidung. Zum einen kann es darum gehen, den Speicherverbrauch zu optimieren, da der Kernelcode, selbst wenn er niemals gebraucht wird, unnötig Speicher belegt (und niemals in den Swap „hinuntergeht“, da es wirkliches RAM ist, das er benutzt), wodurch sich die Gesamtleistung des Systems verringern kann. Ein lokal kompilierter Kernel kann außerdem das Risiko von Sicherheitsproblemen reduzieren, da nur ein Bruchteil des Kernelcodes kompiliert wird und läuft.

Eine Rekompilierung des Kernels ist auch erforderlich, wenn Sie bestimmte Leistungsmerkmale verwenden möchten, die nur als Patches zur Verfügung stehen (und nicht in der Standardversion des Kernels enthalten sind).

8.10.1. Einführung und Voraussetzungen

Wenig überraschend verwaltet Debian den Kernel in Form eines Pakets, was nicht der üblichen Art und Weise entspricht, wie Kernel traditionell kompiliert und installiert wurden. Da der Kernel unter der Kontrolle des Paketierungssystems verbleibt, kann er dann sauber entfernt oder auf mehreren Rechnern eingesetzt werden. Darüber hinaus automatisieren die zu diesen Paketen gehörigen Skripten die Interaktion mit dem Boot-Loader und dem initrd-Generator.

Die "Upstream"-Linux-Quellen enthalten alles, was Sie benötigen, um ein Debian Paket des Kernels zu bauen. Aber Sie müssen trotzdem build-essential installieren, um zu überprüfen, ob Sie die benötigten Werkzeuge zum Erstellen eines Linux-Kernels haben. Des weiteren benötigt der Schritt zur Konfiguration des Kernels das Paket libncurses5-dev. Und schlussendlich erlaubt das Paket fakeroot die Erstellung des Debian-Pakets, ohne dabei Administratorrechte zu verwenden.

8.10.2. Die Quellen besorgen

Wie alles, was auf einem Debian-System nützlich ist, stehen die Linux-Kernelquellen in einem Paket zu Verfügung. Um sie zu erhalten, installiert man einfach das Paket linux-source-version. Der Befehl apt-cache search ^linux-source führt die verschiedenen von Debian paketierten Kernelversionen auf. Die jüngste Version ist in der Distribution Unstable enthalten: Sie können sie ohne großes Risiko abrufen (insbesondere wenn Ihr APT in Übereinstimmung mit der Anleitung in Abschnitt 6.2.6, „Mit mehreren Distributionen arbeiten“ konfiguriert ist). Beachten Sie, dass der in diesen Paketen enthaltene Quellcode nicht genau dem von Linus Torvalds und den Kernel-Entwicklern veröffentlichten entspricht; wie alle Distributionen, so wendet auch Debian eine Reihe von Patches an, die ihren Weg in die "Upstream"-Version von Linux finden (oder auch nicht). Diese Änderungen umfassen auch Rückwärtsportierungen von Korrekturen/Funktionalitäten/Treibern von neueren Kernel-Versionen, neuen Funktionalitäten, die noch nicht (vollständig) in den "Upstream"-Zweig von Linux eingearbeitet sind, und manchmal sogar debianspezifische Änderungen.

The remainder of this section focuses on the 3.16 version of the Linux kernel, but the examples can, of course, be adapted to the particular version of the kernel that you want.

We assume the linux-source-3.16 package has been installed. It contains /usr/src/linux-source-3.16.tar.xz, a compressed archive of the kernel sources. You must extract these files in a new directory (not directly under /usr/src/, since there is no need for special permissions to compile a Linux kernel): ~/kernel/ is appropriate.

$ mkdir ~/kernel; cd ~/kernel
$ tar -xaf /usr/src/linux-source-3.16.tar.xz

KULTUR Ort der Kernelquellen

Traditionell würden Linux-Kernelquellen in /usr/src/linux/ abgelegt werden und damit Root-Berechtigungen für die Kompilierung erfordern. Das Arbeiten mit Administratorrechten sollte jedoch vermieden werden, wenn es nicht nötig ist. Es gibt eine Gruppe namens src, die es ihren Mitgliedern ermöglicht, in diesem Verzeichnis zu arbeiten, aber die Arbeit in /usr/src/ sollte dennoch vermieden werden. Indem Sie die Kernel-Quellen in einem persönlichen Verzeichnis halten, sind Sie in jeder Hinsicht sicher: es gibt keine Dateien in /usr/, die dem Paketierungssystem unbekannt sind, und es gibt kein Risiko, dass Programme dadurch in die Irre geführt werden, dass sie /usr/src/linux lesen, wenn sie versuchen, Informationen über den verwendeten Kernel zu sammeln.

8.10.3. Den Kernel konfigurieren

Der nächste Schritt besteht darin, den Kernel Ihren Bedürfnissen entsprechend zu kompilieren. Das genaue Vorgehen hängt von den Zielen ab.

Wenn eine neuere Version des Kernels (möglicherweise mit einem zusätzlichen Patch) rekompiliert wird, wird die Konfigurierung höchstwahrscheinlich möglichst nah an der von Debian vorgeschlagenen gehalten werden. In diesem Fall, und anstatt alles von Grund auf neu zu konfigurieren, genügt es, die Datei /boot/config-version (die Version entspricht der des zur Zeit verwendeten Kernels, die mit dem Befehl uname -r gefunden werden kann) in eine Datei namens .config im Verzeichnis, das die Kernelquellen enthält, zu kopieren.

$ cp /boot/config-3.16.0-4-amd64 ~/kernel/linux-source-3.16/.config

Unless you need to change the configuration, you can stop here and skip to Abschnitt 8.10.4, „Das Paket kompilieren und erstellen“. If you need to change it, on the other hand, or if you decide to reconfigure everything from scratch, you must take the time to configure your kernel. There are various dedicated interfaces in the kernel source directory that can be used by calling the make target command, where target is one of the values described below.

make menuconfig compiles and executes a text-mode interface (this is where the libncurses5-dev package is required) which allows navigating the options available in a hierarchical structure. Pressing the Space key changes the value of the selected option, and Enter validates the button selected at the bottom of the screen; Select returns to the selected sub-menu; Exit closes the current screen and moves back up in the hierarchy; Help will display more detailed information on the role of the selected option. The arrow keys allow moving within the list of options and buttons. To exit the configuration program, choose Exit from the main menu. The program then offers to save the changes you've made; accept if you are satisfied with your choices.

Andere Schnittstellen verfügen über ähnliche Merkmale, arbeiten jedoch mit moderneren grafischen Schnittstellen, wie zum Beispiel make xconfig, das eine grafische Schnittstelle auf der Basis von Qt verwendet, und make gconfig, das GTK+ benutzt. Ersteres erfordert libqt4-dev, während Letzteres von libglade2-dev und libgtk2.0-dev abhängt.

When using one of those configuration interfaces, it is always a good idea to start from a reasonable default configuration. The kernel provides such configurations in arch/arch/configs/*_defconfig and you can put your selected configuration in place with a command like make x86_64_defconfig (in the case of a 64-bit PC) or make i386_defconfig (in the case of a 32-bit PC).

8.10.4. Das Paket kompilieren und erstellen

Once the kernel configuration is ready, a simple make deb-pkg will generate up to 5 Debian packages: linux-image-version that contains the kernel image and the associated modules, linux-headers-version which contains the header files required to build external modules, linux-firmware-image-version which contains the firmware files needed by some drivers (this package might be missing when you build from the kernel sources provided by Debian), linux-image-version-dbg which contains the debugging symbols for the kernel image and its modules, and linux-libc-dev which contains headers relevant to some user-space libraries like GNU glibc.

Die Version wird definiert durch das Zusammenfügen der "upstream"-Version (wie sie von den Variablen VERSION, PATCHLEVEL, SUBLEVEL and EXTRAVERSION in Makefile) festgelegt wird, vom Konfigurationsparameter LOCALVERSION, und von der Umgebungsvariable LOCALVERSION. Die Paket-Version nutzt die gleiche Versionszeichenkette mit einer angehängten Revisionsnummer die regelmäßig erhöht (und in .version gespeichert) wird, es sei denn, Sie überschreiben sie mit der Umgebungsvariable KDEB_PKGVERSION.

$ make deb-pkg LOCALVERSION=-falcot KDEB_PKGVERSION=$(make kernelversion)-1
[...]
$ ls ../*.deb
../linux-headers-3.16.7-ckt4-falcot_3.16.7-1_amd64.deb
../linux-image-3.16.7-ckt4-falcot_3.16.7-1_amd64.deb
../linux-image-3.16.7-ckt4-falcot-dbg_3.16.7-1_amd64.deb
../linux-libc-dev_3.16.7-1_amd64.deb

8.10.5. Externe Module kompilieren

Some modules are maintained outside of the official Linux kernel. To use them, they must be compiled alongside the matching kernel. A number of common third party modules are provided by Debian in dedicated packages, such as xtables-addons-source (extra modules for iptables) or oss4-source (Open Sound System, some alternative audio drivers).

Diese externen Pakete sind zahlreich und vielfältig, und wir werden sie hier nicht alle aufführen; der Befehl apt-cache search source$ kann den Suchbereich eingrenzen. Jedoch ist eine vollständige Liste nicht sehr nützlich, da es keinen besonderen Grund gibt, externe Module zu kompilieren, außer wenn Sie wissen, dass Sie sie benötigen. In diesen Fällen führt die Dokumentation des Geräts normalerweise die einzelnen Module auf, die es benötigt, um unter Linux zu funktionieren.

For example, let's look at the xtables-addons-source package: after installation, a .tar.bz2 of the module's sources is stored in /usr/src/. While we could manually extract the tarball and build the module, in practice we prefer to automate all this using DKMS. Most modules offer the required DKMS integration in a package ending with a -dkms suffix. In our case, installing xtables-addons-dkms is all that is needed to compile the kernel module for the current kernel provided that we have the linux-headers-* package matching the installed kernel. For instance, if you use linux-image-amd64, you would also install linux-headers-amd64.

$ sudo apt install xtables-addons-dkms

[...]
Setting up xtables-addons-dkms (2.6-1) ...
Loading new xtables-addons-2.6 DKMS files...
First Installation: checking all kernels...
Building only for 3.16.0-4-amd64
Building initial module for 3.16.0-4-amd64
Done.

xt_ACCOUNT:
Running module version sanity check.
 - Original module
   - No original module exists within this kernel
 - Installation
   - Installing to /lib/modules/3.16.0-4-amd64/updates/dkms/
[...]
DKMS: install completed.
$ sudo dkms status
xtables-addons, 2.6, 3.16.0-4-amd64, x86_64: installed
$ sudo modinfo xt_ACCOUNT
filename:       /lib/modules/3.16.0-4-amd64/updates/dkms/xt_ACCOUNT.ko
license:        GPL
alias:          ipt_ACCOUNT
author:         Intra2net AG <opensource@intra2net.com>
description:    Xtables: per-IP accounting for large prefixes
[...]

8.10.6. Einen Kernel-Patch anwenden

Einige Funktionen sind im Standardkernel nicht enthalten, da sie entweder noch nicht ausgereift sind, oder auch wegen fehlender Übereinstimmung mit dem Entwickler. Solche Funktionen können als Patches verteilt werden, die dann jeder auf die Kernelquellen anwenden kann.

Debian verbreitet einige dieser Patches in den Paketen linux-patch-* und kernel-patch-* (zum Beispiel linux-patch-grsecurity2, das einige der Sicherheitsrichtlinien des Kernels verschärft). Diese Pakete installieren Dateien in das Verzeichnis /usr/src/kernel-patches/.

Um einen oder mehrere dieser installierten Patches anzuwenden, rufen Sie den Befehl patch im Quellenverzeichnis auf und beginnen dann wie oben beschrieben mit der Kompilierung des Kernels.

$ cd ~/kernel/linux-source-3.16
$ make clean
$ zcat /usr/src/kernel-patches/diffs/grsecurity2/grsecurity-3.0-3.17.1-201410250027.patch.gz | patch -p1

Beachten Sie, dass ein bestimmter Patch nicht unbedingt mit jeder Kernelversion funktioniert; patch kann scheitern, wenn sie auf die Kernelquellen angewendet werden. Dann wird eine Fehlermeldung mit Einzelheiten zu diesem Fehlschlag angezeigt; in diesem Fall sollten Sie in der Dokumentation nachsehen, die im Debian-Paket des Patches zur Verfügung steht (im Verzeichnis /usr/share/doc/linux-patch-*/). Meistens gibt der Betreuer dort an, für welche Kernelversionen sein Patch gedacht ist.