如何正确下载并安装Linux PREEMPT-RT 5.4.0内核？

Question

**问题：如何正确下载并安装Linux PREEMPT-RT 5.4.0内核？** 在嵌入式系统或实时应用开发中，Linux PREEMPT-RT补丁用于降低内核延迟，提高系统实时性。目前官方主线版本为5.4.0，如何在Ubuntu或Debian系统上正确下载、配置并安装该实时内核？请详细说明获取源码、打补丁、编译配置、安装模块及更新引导配置的完整流程，并指出常见错误与解决方法。

Answer 1

如何正确下载并安装 Linux PREEMPT-RT 5.4.0 内核

在嵌入式系统或实时应用开发中，Linux PREEMPT-RT 补丁被广泛用于降低内核延迟，提高系统实时性。本文将详细介绍如何在 Ubuntu 或 Debian 系统上正确下载、配置并安装 Linux PREEMPT-RT 5.4.0 内核，涵盖从源码获取、补丁应用、编译配置、模块安装到引导更新的完整流程，并提供常见错误与解决方法。

1. 环境准备

在开始前，请确保系统环境满足以下要求：

• 操作系统：Ubuntu 20.04 / Debian 10 或更高版本
• 安装基础编译工具：

  sudo apt install build-essential libncurses-dev flex bison libssl-dev

• 预留足够磁盘空间（建议至少 20GB）

2. 获取 Linux 内核源码与 PREEMPT-RT 补丁

Linux PREEMPT-RT 并不是独立发布的内核，而是以补丁形式提供。我们需要先下载标准内核源码，再打上对应的 RT 补丁。

1. 下载 Linux 5.4.0 内核源码：

   wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.4.0.tar.xz

2. 下载对应的 PREEMPT-RT 补丁（注意版本匹配）：

   wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/5.4/patch-5.4.0-rt1.patch.xz

3. 解压源码和补丁：

   tar -xvf linux-5.4.0.tar.xz
   xz -d patch-5.4.0-rt1.patch.xz

3. 应用 PREEMPT-RT 补丁

进入内核源码目录，并应用补丁：

cd linux-5.4.0
patch -p1 < ../patch-5.4.0-rt1.patch

如果补丁应用成功，会显示类似如下信息：

Hunk #1 succeeded at 123 (offset 4 lines).

4. 配置内核编译选项

使用已有的配置作为基础，进行实时内核配置：

1. 复制当前内核配置：

   make oldconfig

2. 进入配置界面，启用 PREEMPT_RT 选项：

   make menuconfig

3. 依次选择以下选项：
   • Processor type and features --->
   • Preemption Model (Fully Preemptible Kernel (Real-Time)) --->

5. 编译内核与模块

开始编译过程，使用多线程加速：

make -j$(nproc) Image modules dtbs

编译完成后，生成的文件包括：

文件路径	说明
arch/x86_64/boot/bzImage	内核镜像文件
modules	内核模块
dtbs	设备树文件（适用于 ARM 平台）

6. 安装模块与设备树

将编译好的模块和设备树安装到系统中：

sudo make modules_install dtbs_install

7. 安装内核镜像

将新内核镜像复制到启动目录：

sudo cp arch/x86_64/boot/bzImage /boot/vmlinuz-5.4.0-rt1
sudo cp System.map /boot/System.map-5.4.0-rt1
sudo cp .config /boot/config-5.4.0-rt1

8. 更新引导配置

更新 GRUB 配置以识别新内核：

sudo update-initramfs -c -k 5.4.0-rt1
sudo update-grub

更新完成后，重启系统并在 GRUB 菜单中选择新内核启动。

9. 常见错误与解决方法

以下是安装过程中可能出现的问题及解决办法：

错误信息	可能原因	解决方法
patch failed	补丁与源码版本不匹配	确认补丁版本与内核版本一致，或使用 patch -p1 --dry-run 测试
undefined reference to `__preempt_count'	未正确启用 PREEMPT_RT 配置	重新运行 make menuconfig 并确认配置
Failed to allocate memory during compilation	内存不足	减少 -j 参数值，或增加交换分区
Kernel panic - not syncing	硬件驱动不兼容	尝试禁用某些硬件模块，或使用 initrd 调试

10. 验证内核是否启用 PREEMPT_RT

重启后，使用以下命令验证是否运行在 RT 内核下：

uname -r
cat /proc/sys/kernel/preempt_count

输出应类似：

5.4.0-rt1
0

11. 可选：使用脚本自动化流程

可以将上述步骤写入 shell 脚本，实现自动化安装。例如：

#!/bin/bash
# 下载并打补丁
wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.4.0.tar.xz
wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/5.4/patch-5.4.0-rt1.patch.xz
tar -xvf linux-5.4.0.tar.xz
xz -d patch-5.4.0-rt1.patch.xz
cd linux-5.4.0
patch -p1 < ../patch-5.4.0-rt1.patch
make oldconfig
make menuconfig # 手动选择 PREEMPT_RT
make -j$(nproc) Image modules dtbs
sudo make modules_install dtbs_install
sudo cp arch/x86_64/boot/bzImage /boot/vmlinuz-5.4.0-rt1
sudo cp System.map /boot/System.map-5.4.0-rt1
sudo cp .config /boot/config-5.4.0-rt1
sudo update-initramfs -c -k 5.4.0-rt1
sudo update-grub

12. 进阶建议

对于嵌入式开发或工业控制系统，建议：

• 使用交叉编译工具链构建目标平台内核
• 集成到 Yocto 或 Buildroot 构建系统中
• 使用 cyclictest 等工具测试实时性

13. 总结

通过本文的指导，开发者可以完整地完成 Linux PREEMPT-RT 5.4.0 内核的下载、补丁应用、编译、安装与引导更新。这一流程适用于 Ubuntu 和 Debian 系统，并为后续的实时系统开发提供了坚实基础。