8.10. Compilación de un núcleo

El núcleo que provee Debian incluye la mayor cantidad de funcionalidad posible así como también la mayor cantidad de controladores para cubrir el espectro más amplio de configuraciones de hardware. Es por esto que algunos usuarios prefieren compilar el núcleo para incluir sólamente lo que necesiten específicamente. Hay dos razones para esta elección. Primero, podría optimizar el consumo de memoria ya que el código del núcleo, aún cuando no sea utilizado, ocupa memoria por nada (y nunca es «bajado» al espacio de swap ya que utiliza RAM real) lo que puede disminuir el rendimiento general del sistema. Un núcleo compilado localmente también puede limitar el riesgo de problemas de seguridad ya que sólo se compila y ejecuta una fracción del código del núcleo.

Necesita además recompilar el núcleo si desea utilizar ciertas funcionalidades que sólo están disponibles como parches (y no están incluidas en la versión estándar del núcleo).

YENDO MÁS ALLÁ El libro del núcleo de Debian («Debian Kernel Handbook»)

El equipo del núcleo de Debian administra el «Libro del núcleo de Debian» («Debian Kernel Handbook», disponible también en el paquete debian-kernel-handbook) que contiene documentación exhaustiva sobre la mayoría de las tareas relacionadas con el núcleo y cómo se gestionan los paquetes Debian oficiales del núcleo. Este es el primer lugar en el que debería buscar si necesita más información que la que provee esta sección.

→ https://kernel-team.pages.debian.net/kernel-handbook/

8.10.1. Introducción y prerequisitos

No es sorprendete que Debian administre el núcleo como un paquete, que no es la forma tradicional en la que se compilan e instalan núcleos. Debido a que el núcleo se mantiene bajo el control del sistema de paquetes puede ser eliminado limpiamente o desplegado en varias máquinas. Lo que es más, los scripts asociados con estos paquetes automatizan la interacción con el gestor de arranque y el generador de 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.

8.10.2. Obtención de las fuentes

Como cualquier cosa que pueda ser útil en un sistema Debian, las fuentes del núcleo Linux están disponibles en un paquete. Para obtenerlas simplemente instale el paquete linux-source-versión. Puede ver las diferentes versiones del núcleo empaquetados por Debian con apt search ^linux-source. La última versión está disponible en la distribución Unstable: puede conseguirlas sin demasiado riesgo (especialmente si tiene configurado APT según las instrucciones de la Sección 6.2.6, “Trabajo con varias distribuciones”). Sepa que el código fuente que contienen estos paquetes no corresponde exactamente con lo publicado por Linus Torvalds y los desarrolladores del núcleo; como todas las distribuciones, Debian aplica una serie de parches, que pueden (o no) ser incluídas en la versión de origen de Linux. Estas modificaciones incluyen retroadaptaciones de correcciones/funcionalidades/controladores de nuevas versiones del núcleo, funcionalidades que no están (completamente) incluídas en el árbol de origen de Linux e inclusive a veces cambios específicos para 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

CULTURA Ubicación de las fuentes del núcleo

Tradicionalmente, las fuentes del núcleo Linux estarían ubicadas en /usr/src/linux/ lo que necesitaría permisos de root para compilarlo. Sin embargo, se debe evitar trabajar con permisos de administración cuando no es necesario. Existe un grupo src que permite a sus miembros trabajar en este directorio, pero debe evitar trabajar en /usr/src/ de todas formas. Al mantener las fuentes del núcleo en un directorio personal obtiene seguridad en todos lados: no existirán archivos en /usr/ ajenos al sistema de paquetes y no hay riesgos de despistar a los programas que leen /usr/src/linux al intentar conseguir información sobre el núcleo utilizado.

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. Configuración del núcleo

El siguiente paso consiste en configurar el núcleo según sus necesidades. El procedimiento exacto depende de los objetivos.

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

A menos que necesite cambiar la configuración, puede parar aquí y continua en Sección 8.10.4, “Compilación y creación del paquete”. Si, por el otro lado, necesita cambiarla o si decide reconfigurar todo desde cero, debe tomarse el tiempo de configurar su núcleo. Hay varias interfaces dedicadas en el directorio de fuentes del núcleo que puede utilizar ejecutando make objetivo donde objetivo es uno de los valores descriptos a continuación.

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.

Cuando utiliza una de las interfaces de configuración, siempre es buena idea comenzar desde una configuración predeterminada razonable. El núcleo provee tales configuraciones en arch/arquitectura/configs/*_defconfig y puede mover la configuración que desee si ejecuta algo similar a make x86_64_defconfig (en el caso de un equipo de 64 bits) o make i386_defconfig (en el caso de un equipo de 32 bits).

SEGURIDAD Gestión de archivos .config desactualizados

Cuando provee un archivo .config que fue generado con otra versión del núcleo (generalmente anterior), tendrá que actualizarlo. Puede hacerlo ejecutando make oldconfig, que le preguntará interactivamente las preguntas que corresponden a las nuevas opciones de configuración. Si desea utilizar una respuesta predeterminada a todas estas preguntas, puede ejecutar make olddefconfig. Con make oldnoconfig, se asumirá una respuesta negativa a todas las preguntas.

8.10.4. Compilación y creación del paquete

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. Compilación de módulos externos

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).

Estos paquetes son muchos y variados, apt-cache rdepends module-assistant$ puede mostrar la lista proporcionada por Debian. Sin embargo, una lista completa no es muy útil ya que no hay una razón particular para compilar módulos externos a menos que sepa que los necesita. En estos casos, la documentación del dispositivo típicamente detallará el o los módulos específicos que necesita para funcionar bajo Linux.

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

8.10.6. Aplicación de un parche al núcleo

Algunas funcionalidades no están incluidas en el núcleo estándar debido a falta de madurez o algún desacuerdo con los encargados del núcleo. Dichas funcionalidades pueden ser distribuidas como parches que cualquiera puede aplicar a las fuentes del núcleo.

Debian a veces proporciona algunos de estos parches en paquetes linux-patch-*, pero a veces no llegan a las publicaciones estables (a veces por las mismas razones por las que no son fusionados en el repositorio oficial del núcleo). Estos paquetes instalan archivos en el directorio /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

Sepa que un parche dado no necesariamente funcionará con toda versión del núcleo; es posible que patch falle al aplicarlo en las fuentes del núcleo. Se mostrará un mensaje de error que provee algunos detalles del fallo; en este caso, revise la documentación disponible en el paquete Debian del parche (en el directorio /usr/share/doc/linux-patch-*/). En la mayoría de los casos, el desarrollador indica para qué versiones del núcleo está creado el parche.