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8.10. Compilation d'un noyau

Les noyaux fournis par Debian intègrent le plus grand nombre possible de fonctionnalités ainsi qu'un maximum de pilotes, afin de couvrir le plus grand spectre de configurations matérielles existantes. C'est pourquoi certains utilisateurs préfèrent recompiler le noyau pour n'y inclure que le strict nécessaire. Il existe deux raisons à ce choix. Premièrement, cela peut être pour optimiser la consommation de mémoire, puisque le code du noyau, même s'il n'est jamais utilisé, occupe de la mémoire pour rien (et ne « descend » jamais sur l'espace d'échange, donc c'est de vraie mémoire vive qu'il s'agit), ce qui peut diminuer les performances globales du système. Il peut également s'agir de limiter le risque de failles de sécurité (le code compilé portant alors sur une fraction plus faible du code existant).

ATTENTION Mises à jour de sécurité

Si l'on choisit de compiler son propre noyau, il faut en accepter les conséquences : Debian n'assurera pas les mises à jour de sécurité de ce noyau. En restant avec un noyau fourni par Debian, on bénéficie des mises à jour préparées par l'équipe sécurité du projet.
La recompilation du noyau est aussi nécessaire si l'on souhaite employer certaines fonctionnalités non intégrées dans sa version standard mais disponibles sous forme de correctifs, ou patches.

POUR ALLER PLUS LOIN Le Manuel du noyau Debian

L'équipe en charge du noyau dans Debian maintient le « Manuel du noyau Debian » (également disponible dans le paquet debian-kernel-handbook), qui contient une mine d'informations à propos de la plupart des tâches liées au noyau et à la manière dont les paquets Debian du noyau sont traités. C'est le premier endroit où chercher des informations qui manqueraient à la présente section.
→ https://kernel-team.pages.debian.net/kernel-handbook/

8.10.1. Introduction et prérequis

Comme on peut s'y attendre, Debian gère le noyau sous forme de paquet, ce qui n'est pas la manière traditionnelle de le compiler et de l'installer. Les noyaux restant sous le contrôle du système de paquetage, ils peuvent être rapidement supprimés ou déployés sur plusieurs machines. De plus, les scripts associés à ces paquets permettent également une meilleure interaction avec le chargeur de démarrage et le générateur d'images de démarrage (initrd).
The upstream Linux sources contain everything needed to build a Debian package of the kernel. But you still need to install build-essential to ensure that you have the tools required to build a Debian package. Furthermore, the configuration step for the kernel requires the libncurses-dev package (formerly libncurses5-dev, which is now a transitional package). Finally, the fakeroot package will enable creation of the Debian package without using administrator's rights.

CULTURE Le bon vieux temps de kernel-package

À l'époque où le système de compilation du noyau Linux ne permettait pas encore de créer directement des paquets Debian, la manière recommandée de créer ces paquets était d'utiliser l'outil make-kpkg fourni par le paquet kernel-package.

8.10.2. Récupérer les sources

Comme tout ce qui peut être utile sur un système Debian, les sources du noyau Linux sont disponibles en paquets. Pour les récupérer, il faudra donc installer un paquet linux-source-version. Une requête apt search ^linux-source permet d'obtenir la liste des différentes versions du noyau empaquetées par Debian. Les dernières versions en date sont vraisemblablement disponibles dans la distribution Unstable : on peut les y récupérer sans grands risques (surtout si votre APT est configuré conformément aux instructions de la Section 6.2.6, « Travailler avec plusieurs distributions »). Il est à noter que les codes sources contenus dans ces paquets ne correspondent pas exactement à ceux que publient Linus Torvalds et les développeurs du noyau : Debian applique en effet un certain nombre de patches — comme toutes les distributions. Ces modifications incluent des correctifs (dont certains concernent des failles de sécurité) ou des fonctionnalités qui sont en attente d'intégration dans une version ultérieure du noyau, ainsi que quelques fonctionnalités spécifiques à Debian.
The remainder of this section focuses on the 5.10 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-5.10 package has been installed. It contains /usr/src/linux-source-5.10.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-5.10.tar.xz

CULTURE Emplacement des sources du noyau

Traditionnellement, les sources du noyau Linux ont toujours été placées sous /usr/src/linux/, nécessitant donc les droits root pour la compilation. Comme vous le savez, il faut pourtant éviter de travailler inutilement avec les droits de l'administrateur. Il existe bien un groupe src qui permet à ses membres de travailler dans ce répertoire, mais on évitera malgré tout de recourir à /usr/src/. En conservant les sources du noyau dans un répertoire personnel, vous optez pour la sécurité à tout point de vue : pas de fichiers inconnus du système de paquetage dans /usr/, ni de risque d'induire en erreur les programmes qui scrutent /usr/src/linux/ pour obtenir des informations sur le noyau employé.
To build a kernel from the pristine sources, just download the tarball of the version of your choice from kernel.org, verify the integrity after importing the kernel maintainers key, and then proceed as described in the following chapters.
→ https://kernel.org/pub/linux/kernel/
→ https://git.kernel.org/pub/scm/docs/kernel/pgpkeys.git/tree/keys

$ wget https://kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.10.62.tar.xz
[..]
$ wget https://kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.10.62.tar.sign
[..]
$ unxz -c linux-5.10.62.tar.xz | gpg --verify linux-5.10.62.tar.sign -
gpg: Signature made Fri 03 Sep 2021 10:11:35 AM CEST
gpg:                using RSA key 647F28654894E3BD457199BE38DBBDC86092693E
gpg: Good signature from "Greg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org>" [unknown]
gpg:                 aka "Greg Kroah-Hartman (Linux kernel stable release signing key) <greg@kroah.com>" [unknown]
gpg:                 aka "Greg Kroah-Hartman <gregkh@kernel.org>" [unknown]
gpg: WARNING: This key is not certified with a trusted signature!
gpg:          There is no indication that the signature belongs to the owner.
Primary key fingerprint: 647F 2865 4894 E3BD 4571  99BE 38DB BDC8 6092 693E

8.10.3. Configuration du noyau

La prochaine étape consiste à configurer le noyau conformément à ses besoins. Le mode opératoire dépend des objectifs.
When recompiling a more recent version of the kernel (possibly with an additional patch), the configuration will most likely be kept as close as possible to that proposed by Debian. In this case, and rather than reconfiguring everything from scratch, it is sufficient to copy the /boot/config-version file (the version is that of the kernel currently used, which can be found with the uname -r command) into a .config file in the directory containing the kernel sources. Make sure to read sidebar TIP Missing debian/certs/debian-uefi-certs.pem in this case. 
$ cp /boot/config-5.10.0-8-amd64 ~/kernel/linux-source-5.10/.config
Si vous ne souhaitez pas changer la configuration, vous pouvez en rester là et sauter directement à la Section 8.10.4, « Compilation et génération du paquet ». Dans le cas contraire, ou si vous avez décidé de tout reconfigurer depuis zéro, il faudra prendre le temps de configurer votre noyau. Pour cela, il propose différentes interfaces, qu'on invoque depuis le répertoire des sources par la commande make suivie d'un argument.
make menuconfig compiles and executes a text-mode interface (this is where the libncurses-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.
Other interfaces have similar features, but they work within more modern graphical interfaces; such as make xconfig which uses a Qt graphical interface, and make gconfig which uses GTK+. The former requires qtbase5-dev, while the latter depends on libglade2-dev and libgtk2.0-dev.
Lorsque l'on utilise une de ces interfaces de configuration, il est généralement conseillé de partir d'une configuration par défaut raisonnable. Le noyau fournit de telles configurations dans arch/architecture/configs/*_defconfig et il est possible de les mettre en place avec une commande telle que make x86_64_defconfig (pour un PC 64 bits) ou make i386_defconfig (pour un PC 32 bits).

ASTUCE Que faire d'un .config obsolète ?

Lorsque l'on fournit un fichier .config qui provient d'une autre version du noyau (généralement plus ancienne), ce fichier doit être mis à jour. Cela se fait avec make oldconfig, qui va poser interactivement les questions portant sur les nouvelles options de configuration. Pour utiliser les réponses par défaut à toutes ces questions, on préfèrera make olddefconfig. Pour finir, la commande make oldnoconfig répondra par la négative à toutes ces nouvelles questions.

8.10.4. Compilation et génération du paquet

ATTENTION Nettoyer avant de recommencer

Si vous avez déjà construit un noyau dans le répertoire et si vous voulez tout reconstruire depuis zéro (par exemple après avoir changé la configuration du noyau de manière substantielle), il faudra lancer make clean, qui supprimera les fichiers compilés. make distclean fait un ménage encore plus poussé et supprime tous les fichiers générés, y compris votre .config ; faites-en une sauvegarde au préalable.
Once the kernel configuration is ready, a simple make deb-pkg will generate up to 5 Debian packages:
linux-image-version
contains the kernel image and the associated modules,
linux-headers-version
contains the header files required to build external modules,
linux-firmware-image-version
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
contains the debugging symbols for the kernel image and its modules (only created if CONFIG_DEBUG_INFO=y), and
linux-libc-dev
contains headers relevant to some user-space libraries like GNU glibc.
The version is defined by the concatenation of the upstream version (as defined by the variables VERSION, PATCHLEVEL, SUBLEVEL, and EXTRAVERSION in the Makefile), of the LOCALVERSION configuration parameter, and of the LOCALVERSION environment variable. The package version reuses the same version string with an appended revision that is regularly incremented (and stored in .version), except if you override it with the KDEB_PKGVERSION environment variable. 
$ make deb-pkg LOCALVERSION=-falcot KDEB_PKGVERSION=$(make kernelversion)-1
[...]
$ ls ../*.deb
../linux-headers-5.10.46-falcot_5.10.46-1_amd64.deb
../linux-image-5.10.46-falcot_5.10.46-1_amd64.deb
../linux-image-5.10.46-falcot-dbg_5.10.46-1_amd64.deb
../linux-libc-dev_5.10.46-1_amd64.deb
The whole process requires around 20 GB of free space, at least 8 GB of RAM, and several hours of compilation (utilizing one core) for a standard amd64 Debian kernel. These requirements can be drastically reduced by disabling the debug information using CONFIG_DEBUG_INFO=n, but this will make it impossible to trace kernel errors (“oops”) using gdb and also stop the creation of the linux-image-version-dbg package.

TIP Missing debian/certs/debian-uefi-certs.pem

The default kernel in Debian contains the following configuration: 
[..]
#
# Certificates for signature checking
#
CONFIG_MODULE_SIG_KEY=""
CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYRING=y
CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS="debian/certs/debian-uefi-certs.pem"
# CONFIG_SYSTEM_EXTRA_CERTIFICATE is not set
CONFIG_SECONDARY_TRUSTED_KEYRING=y
CONFIG_SYSTEM_BLACKLIST_KEYRING=y
CONFIG_SYSTEM_BLACKLIST_HASH_LIST=""
# end of Certificates for signature checking
[..]
Building a custom kernel based on these settings will fail if debian/certs/debian-uefi-certs.pem does not exist. This file can either be obtained from the kernel team's Git repository and placed into the source tree, or it can be replaced by your own certificate(s), or you'll have to disable the setting via CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS="".
→ https://salsa.debian.org/kernel-team/linux/-/blob/master/debian/certs/debian-uefi-certs.pem

8.10.5. Compilation de modules externes

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 vpb-driver-source (extra modules for Voicetronix telephony hardware) or leds-alix-source (driver of PCEngines ALIX 2/3 boards).
Debian fournit un grand nombre de modules externes, la commande apt-cache rdepends module-assistant$ permet d'en obtenir la liste. De toute façon, cette liste n'apporte rien puisqu'il n'y a pas de raison particulière de compiler des modules externes sauf quand on sait qu'on en a besoin — auquel cas la documentation du périphérique vous renseignera.
For example, let's look at the dahdi-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 the DKMS framework (Dynamic Kernel Module Support). Most modules offer the required DKMS integration in a package ending with a -dkms suffix. In our case, installing dahdi-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.

QUICK LOOK DKMS and Secure Boot

On UEFI systems with Secure Boot enabled, modules require signing before they can be loaded. The modules shipped with the kernel packages are signed. But external modules are not. Luckily, dkms already has everything that is required to sign built modules.
First, create a private key /root/dkms.key and a matching certificate /root/dkms.der with openssl, and enroll it with the mokutil --import /root/dkms.der command (please read /usr/share/doc/dkms/README.md.gz for details). This will require a restart and actively importing the certificate using the EFI MOK Manager interface. After this has been done, the sign_tool line in /etc/dkms/framework.conf must be uncommented. Already built modules need to be rebuilt, to be signed by the newly created and enrolled certificate. New modules will be automatically signed. 
$ sudo apt install dahdi-dkms
[...]
Setting up dkms (2.8.4-3) ...
Setting up linux-headers-5.10.0-8-amd64 (5.10.46-4) ...
/etc/kernel/header_postinst.d/dkms:
dkms: running auto installation service for kernel 5.10.0-8-amd64:.
Setting up dahdi-dkms (1:2.11.1.0.20170917~dfsg-7.4) ...
Loading new dahdi-2.11.1.0.20170917~dfsg-7.4 DKMS files...
Building for 5.10.0-8-amd64
Building initial module for 5.10.0-8-amd64
Done.

dahdi_dummy.ko:
Running module version sanity check.
 - Original module
   - No original module exists within this kernel
 - Installation
   - Installing to /lib/modules/5.10.0-8-amd64/updates/dkms/

dahdi_dynamic_eth.ko:
Running module version sanity check.
 - Original module
   - No original module exists within this kernel
 - Installation
   - Installing to /lib/modules/5.10.0-8-amd64/updates/dkms/

[...]
DKMS: install completed.
$ sudo dkms status
dahdi, 2.11.1.0.20170917~dfsg-7.4, 5.10.0-8-amd64, x86_64: installed
$ sudo modinfo dahdi_dummy
filename:       /lib/modules/5.10.0-8-amd64/updates/dkms/dahdi_dummy.ko
license:        GPL v2
author:         Robert Pleh <robert.pleh@hermes.si>
description:    Timing-Only Driver
depends:        dahdi
retpoline:      Y
name:           dahdi_dummy
vermagic:       5.10.0-8-amd64 SMP mod_unload modversions 
parm:           debug:int

ALTERNATIVE module-assistant

Avant l'apparition de DKMS, la solution la plus simple pour construire et déployer des modules du noyau était module-assistant. Cette solution est toujours disponible, en particulier pour les paquets qui ne proposent pas (encore) une intégration avec DKMS : avec une simple commande telle que module-assistant auto-install dahdi (ou même sa version raccourcie, m-a a-i dahdi), les modules sont construits pour le noyau courant, puis empaquetés dans un nouveau paquet Debian, qui est lui-même installé à la volée.

8.10.6. Emploi d'un patch sur le noyau

Certaines fonctionnalités ne sont pas intégrées au noyau standard faute de stabilité ou d'accord des mainteneurs du noyau. Dans ce cas, il arrive qu'elles soient diffusées sous la forme de correctif (ou patch), que chacun est alors libre d'appliquer sur les sources du noyau.
Debian fournit parfois certains de ces patches par le biais des paquets linux-patch-*, mais ils ne font souvent pas parti des distributions stables (parfois pour la même raison qu'ils ne sont pas intégrés en amont dans la version officielle du noyau). Ces paquets installent des fichiers dans le répertoire /usr/src/kernel-patches/.
To apply one or more of these installed patches, use the patch command in the sources directory then start compilation of the kernel as described above. The following shows an old example using linux-patch-grsecurity2 and linux-source-4.9. 
$ 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
Attention, un patch ne fonctionnant pas forcément avec toutes les versions des noyaux, il est possible que patch échoue à l'appliquer sur les sources du noyau. Un message vous en informera alors : dans ce cas, référez-vous à la documentation disponible dans le paquet Debian du patch (dans le répertoire /usr/share/doc/linux-patch-*/). Il est probable que le mainteneur indique pour quelles versions du noyau il a été prévu.