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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 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 Rückportierungen von Korrekturen/Funktionalitäten/Treibern von neueren Kernel-Versionen, neuen Funktionalitäten, die noch nicht (vollständig) in den Ursprungszweig von Linux eingearbeitet sind und manchmal sogar Debian-spezifische Änderungen.
Der Rest dieses Abschnitts befasst sich mit der Version 4.19 des Linux-Kernels, aber die Beispiele können natürlich an jede gewünschte Kernel-Version angepasst werden.
Wir gehen davon aus, dass das Paket linux-source-4.19 installiert worden ist. Es enthält /usr/src/linux-source-4.19.tar.xz, ein komprimiertes Archiv der Kernelquellen. Sie müssen diese Dateien in ein neues Verzeichnis entpacken (nicht direkt in /usr/src/, da besondere Berechtigungen für die Kompilierung eines Linux-Kernels nicht erforderlich sind): ~/kernel/ wäre geeignet.
$ mkdir ~/kernel; cd ~/kernel
$ tar -xaf /usr/src/linux-source-4.19.tar.xz

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-4.19.0-5-amd64 ~/kernel/linux-source-4.19/.config
Falls Sie die Konfiguration nicht zu ändern brauchen, können Sie hier aufhören und zu Abschnitt 8.10.4, „Das Paket kompilieren und erstellen“ springen. Falls Sie sie dagegen ändern müssen oder falls Sie sich dazu entschließen, alles von Grund auf neu zu konfigurieren, müssen Sie sich die Zeit nehmen, Ihren Kernel zu konfigurieren. Es gibt in dem Verzeichnis mit den Kernelquellen mehrere speziell hierfür vorgesehene Schnittstellen, die mit dem Aufruf des Befehls make Ziel verwendet werden können, wobei Ziel einer der unten beschriebenen Werte ist.
make menuconfig kompiliert eine Schnittstelle im Textmodus und führt sie aus (an dieser Stelle ist das Paket libncurses5-dev erforderlich), die es ermöglicht, durch die in einer hierarchischen Struktur verfügbaren Optionen zu navigieren. Ein Druck auf die Leer-Taste ändert den Wert der ausgewählten Option, und Enter bestätigt die am unteren Bildschirmrand ausgewählte Schaltfläche; Select geht zum ausgewählten Untermenü zurück; Exit schließt den aktuellen Bildschirm und kehrt aufwärts in die Hierarchie zurück; Help zeigt ausführlichere Informationen zur Rolle der ausgewählten Option an. Mit den Pfeiltasten ist es möglich, sich innerhalb der Liste von Optionen und Schaltflächen zu bewegen. Um das Konfigurierungsprogramm zu verlassen, wählt man Exit im Hauptmenü. Das Programm bietet dann an, die vorgenommenen Änderungen zu speichern; nehmen Sie diesen Vorschlag an, wenn Sie mit Ihrer Auswahl zufrieden sind.
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.
Beim Benutzen dieser Konfigurationsschnittstellen ist es immer gut, von einer der Standardkonfigurationen auszugehen. Der Kernel stellt solche Konfigurationen in arch/arch/configs/*_defconfig und Sie können Ihre gewählte Konfiguartion z.B. mit dem Befehl make x86_64_defconfig (im Falle eines 64-bit-Systems) oder mit make i386_defconfig (Im Falle eines 32-bit-PCs) einbinden.

8.10.4. Das Paket kompilieren und erstellen

Ist die Kernelkonfiguration fertig, generieren Sie mit make deb-pkg bis zu fünf Debian-Pakete: linux-image-Version enthält das Kernelabbild und die zugehörigen Module, linux-headers-Version, das die Header-Dateien, die benötigt werden, um externe Module zu erstellen, linux-firmware-image-Version enthält die Firmware-Dateien, die von manchen Treibern benötigt werden, (dieses Paket könnte fehlen, wenn Sie aus den von Debian bereitgestellten Kernel-Quellen bauen), linux-image-Version-dbg mit den Symbolen für das Debugging der Kernelabbilder und deren Module und linux-libc-dev, das die relevanten Header für einige Bibliotheken des User-Space, wie die glibc von GNU, bereithält.
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-4.19.37-falcot_4.19.37-1_amd64.deb
../linux-image-4.19.37-falcot_4.19.37-1_amd64.deb
../linux-libc-dev_4.19.37-1_amd64.deb

8.10.5. Externe Module kompilieren

Einige Module werden außerhalb des offiziellen Linux-Kernels verwaltet. Um sie verwenden zu können, müssen sie neben dem passenden Kernel kompiliert werden. Eine Anzahl gebräuchlicher Fremdmodule wird von Debian in speziellen Paketen bereitgestellt: vpb-driver-source (zusätzliche Module für Voicetronix Telefonie-Hardware) oder leds-alix-source (Treiber für ALIX 2/3 Boards von PCEngines).
Diese Pakete sind zahlreich und vielfältig, apt-cache rdepends module-assistant$ kann die von Debian bereitgestellte Liste anzeigen. Eine vollständige Liste ist jedoch nicht besonders nützlich, da es keinen besonderen Grund gibt, externe Module zu kompilieren, es sei denn, Sie wissen, dass Sie sie benötigen. In solchen Fällen wird die Dokumentation des Gerätes typischerweise das/die spezifische(n) Modul(e) ausführen, das/die es unter Linux benötigt, um zu funktionieren.
Betrachten wir zum Beispiel das Paket dahdi-source: nach der Installation wird ein .tar.bz2 der Modul-Quellen in /usr/src/ gespeichert. Obwohl wir den Tarball manuell extrahieren und das Modul bauen könnten, ziehen wir es in der Praxis vor, dies alles mit DKMS zu automatisieren. Die meisten Module bieten die erforderliche DKMS-Integration in einem Paket, das mit einem -dkms Suffix endet. In unserem Fall genügt die Installation von xtables-addons-dkms, um das Kernelmodul für den aktuellen Kernel zu kompilieren, vorausgesetzt, das Paket linux-headers-* ist passend zum installierten Kernel installiert. Wenn Sie beispielsweise linux-image-amd64 verwenden, würden Sie auch linux-headers-amd64 installieren.
$ sudo apt install dahdi-dkms

[...]
Setting up xtables-addons-dkms (2.12-0.1) ...
Loading new xtables-addons-2.12 DKMS files...
Building for 4.19.0-5-amd64
Building initial module for 4.19.0-5-amd64
Done.

dahdi_dummy.ko:
Running module version sanity check.
 - Original module
   - No original module exists within this kernel
 - Installation
   - Installing to /lib/modules/4.19.0-5-amd64/updates/dkms/
[...]
DKMS: install completed.
$ sudo dkms status
dahdi, DEB_VERSION, 4.19.0-5-amd64, x86_64: installed
$ sudo modinfo dahdi_dummy
filename:       /lib/modules/4.19.0-5-amd64/updates/dkms/dahdi_dummy.ko
license:        GPL v2
author:         Robert Pleh <robert.pleh@hermes.si>
description:    Timing-Only Driver
[...]

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 sometimes provides some of these patches in linux-patch-* packages, but they often don't make it into stable releases (sometimes for the very same reasons that they are not merged into the official upstream kernel). These packages install files in the /usr/src/kernel-patches/ directory.
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-4.9
$ make clean
$ zcat /usr/src/kernel-patches/diffs/grsecurity2/grsecurity-3.1-4.9.11-201702181444.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.