实践：一步一步安装 ArchLinux，并编译、安装【RT-Preempt】实时内核
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制作U盘启动系统
从 U盘启动，安装 ArchLinux
1. U盘启动
2. 硬盘分区
3. 网络配置
4. 更换软件管理套件的镜像地址
5. 挂载文件系统，进行安装
6. 系统配置
7. 安装 grub bootloader
安装软件包管理软件Pacaur
通过源码来安装
通过Yaourt来安装
更换实时内核(RT-Preempt)
1. 下载Linux内核和Preempt补丁文件
2. 配置实时策略Fully Preemptible Kernel (Real-Time)
3. 编译和安装内核
4. 制作和安装RAM Disk
5. 复制System.map文件
6. 更新GRUB配置文件
不知不觉使用Ubuntu系统已经好多年了，在Linux所有发行版中，使用最多的估计仍旧是Ubuntu，主要的原因就是稳定，使用的人多，遇到问题了也很容易找到解决方案。
最近看到一句话：入门ubuntu，不满足manjaro，得心应手之后arch，还想折腾就上gentoo。
看来我仍然在入门的一亩三分地里折腾着，正好家里有一台淘汰下来的台式机，正好可以用来折腾一下。
调研了一番之后，决定安装ArchLinux，这篇文章就记录一下安装过程，遇到的一些坑，以及在更换带有 RT-Preempt 补丁的内核时，遇到的几个内核配置问题。
manjaro 是 ArchLinux 的一个发行版，使用的人也不少;
如果想对 Linux 的搭建有更底层的掌握，可以花 1-2 周的时间，按照 LFS 的操作步骤走一遍。
本文主要参考：https://itsfoss.com/install-arch-linux/。
官方给出的电脑硬件要求是：
制作U盘启动系统
下载 ISO 文件
ArchLinux官网上(https://archlinux.org/download/)给出了很多的镜像下载链接，可以从163网站(http://mirrors.163.com/archlinux/iso/)下载。
选择一个版本：archlinux-2022.05.01-x86_64.iso。
下一步就是把镜像文件制作成U盘启动系统，在Windows和Linux上都可以。
在Windows上可以使用rufus软件来制作启动U盘启动系统(我选择的也是这个方式)。
如果在Linux系统上，可以使用dd命令来制作：
sudo dd bs=4M if=/path/to/archlinux.iso of=/dev/sdx status=progress && sync
从 U盘启动，安装 ArchLinux
1. U盘启动
把U盘插入电脑，重启之后选择从U盘启动(根据自己电脑的设置，在启动时按下F2、F7或其它按键)。
这个图片是参考文档中的，根据系统的不同，选项的内容也可能稍有区别。
在我的系统中，选择 Arch Linux install medium (x86_64, UEFI)选项进入 live U盘中的系统。
这一步其实就相当于是安装Ubuntu系统中时的Try Ubuntu。
一切顺利的话，系统加载运行之后，进入命令行界面，下面就开始一步一步安装ArchLinux操作系统了。
首先，通过查看文件efivars来确认系统是否支持 EFI。
执行命令：ls /sys/firmware/efi/efivars，如果能看到一大堆的输出信息，就说明支持。
关于 EFI 系统以及系统引导流程(主要是与 MBR 那一套的区别)，可以去搜索一些资料。
2. 硬盘分区
使用fdisk -l来确定一下硬盘设备名称，例如：/dev/sda。
也可以使用其它的分区工具，例如：gdisk，cgdisk，sgdisk。
在硬盘上，很可能已经存在了分区表，因为之前可能在这个硬盘上安装过操作系统啊。
建议先把这些分区表全部删除掉，然后重新进行分区。
分区操作通过指令：fdisk /dev/sda来操作。
如今大部分系统支持的都是UEFI系统，因此需要创建一个EFI分区，建议分 512 MB。
创建这个分区之后，需要把分区类型修改为EFI类型。
具体操作是：输入指令 t，再输入 EFI前面对应的序号。
参考文档中的序号是：
但是，如果选择的系统版本不同，这里的序号可能是不一样的。在我选择的系统中，EFI类型的编号是数字 1。
EFI分区创建好之后，再创建一个根分区就可以了，与安装其它的发行版一样。
最终创建的两个分区名称是：
EFI 分区：/dev/sda1
根分区：/dev/sda2
硬盘分区的最后操作就是格式化这两个分区：
mkfs.fat -F32 /dev/sda1
mkfs.ext4 /dev/sda2
3. 网络配置
为了在后面的步骤中顺利的在线安装，官方文档中对WiFi进行了设置。
由于我的电脑使用的RJ45有线连接，所以就没有进行这一步的操作。
4. 更换软件管理套件的镜像地址
我们在安装Ubuntu操作系统之后的第一步，一般都是更改apt的软件源，设置为国内比较知名的软件源。
ArchLinux中默认的官方软件管理套件是pacman(还有其它的管理套件，下面会讨论到)，为了加快下载速度，也需要根据我们所处的地理位置修改为比较快的软件源。
依次执行如下命令：
同步仓库：pacman -Syy；
获取所有的仓库列表：pacman -S reflector;
备份一下原始文件：cp /etc/pacman.d/mirrorlist /etc/pacman.d/mirrorlist.bak;
选择合适的仓库：reflector -c "ZH" -f 12 -l 10 -n 12 --save /etc/pacman.d/mirrorlist；
5. 挂载文件系统，进行安装
此刻执行的是位于U盘中的系统，现在需要做的是把操作系统安装在刚才创建的分区 /dev/sda2上。
首先把分区挂载一下: mount /dev/sda2 /mnt。
挂载之后，就可以使用pacstrap脚本来安装ArchLinux以及一些软件包了：
pacstrap /mnt base linux linux-firmware vim
安装过程需要的时间，根据电脑性能和网络情况而定，总之还是比较快的。如果在安装过程中因为网络等原因中断了，再次执行即可。
6. 系统配置
系统配置包括：文件系统挂载文件fstab，设置系统时区，设置密码等等，一步一步来操作。
首先创建fstab文件：genfstab -U /mnt >> /mnt/etc/fstab。
然后把根文件系统切换到分区/dev/sda2对应的挂载点/mnt，因为现在要配置的是刚才被安装的根文件系统，所以需要切换进去。
切换命令是：arch-chroot /mnt。
执行命令：timedatectl list-timezones 列出支持的所有时区。
然后执行命令 timedatectl set-timezone Asia/Shanghai把时区设置为自己的实际位置。
最后，进行语系设置。使用vim命令打开文件 /etc/locale.gen，打开下面2个选项：
en_US.UTF-8 UTF-8
zh_CN.UTF-8 UTF-8
然后执行命令：locale-gen。
创建文件：/etc/locale.conf， 添加如下内容:
LC_ALL=en_US.UTF-8
LANG=en_US.UTF-8
创建文件：/etc/hostname，添加如下内容：
myarch
创建文件：/etc/hosts，添加如下内容：
127.0.0.1 localhost
::1 localhost
127.0.1.1 myarch
最后，通过指令 passwd来设置root密码。
7. 安装 grub bootloader
这一步比较关键，确保当前的根目录是处于/dev/sda2中(也就是上一步chroot所做的动作)。
首先，安装需要的软件：pacman -S grub efibootmgr。
在之前的分区表中，/dev/sda1的分区类型已经被设置为EFI System，并且被格式化成FAT32文件格式。
现在，需要把grub引导程序安装到这个分区上，所以首先需要把这个分区挂载一下。
创建挂载点目录：mkdir /boot/efi，然后执行挂载命令：mount /dev/sda1 /boot/efi。
安装grub引导程序也是通过软件来执行的，命令如下：
grub-install --target=x86_64-efi --bootloader-id=GRUB --efi-directory=/boot/efi
安装成功之后，执行如下命令来更新grub的配置文件：
grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg
进行到这一步的时候，ArchLinux就安装完成了。
在参考文档中还执行了其他的一些操作，比如：添加用户，安装桌面系统，这些都根据个人的实际需要来操作。
因为我不需要桌面，所以在这里重启系统就完事了。
注意：在重启之前先退出chroot：
exit
reboot
【本文作者】公-众-号：“Linux茶馆”，是我在工作之余个人维护的分享平台，十多年的嵌入式开发老兵，专注于嵌入式 + Linux 领域，玩过单片机、搞过智能家居、研究过 PLC 和 工业机器人。厚积薄发、换位思考，以读者的角度来总结文章。每一篇输出，不仅仅是干货的呈现，更是引导你一步一步的深入思考，从底层逻辑来提升自己。
安装软件包管理软件Pacaur
ArchLinux中默认的软件管理套件是pacman，可以在官网中看到所有的软件列表 https://archlinux.org/packages/。
另外，还有一个软件管理套件也比较流行：Pacaur，Archlinux自带的 pacman不能直接安装Pacaur。
有两种方式来进行安装：通过源码安装和通过其它工具(Yaourt)来安装。
在通过源码安装这个管理套件的时候，我遇到了一些麻烦。虽然没有成功，还是记录于此，以后有机会再试一下。
通过源码来安装
1. 安装必要的软件
pacman -S binutils make gcc fakeroot expac yajl git --noconfirm
2. 安装Cower：用于从AUR获取信息并下载软件包
curl -o PKGBUILD https://aur.archlinux.org/cgit/aur.git/plain/PKGBUILD?h=cower
makepkg PKGBUILD --skippgpcheck
pacman -U cower*.tar.xz --noconfirm
3. 安装Pacaur
curl -o PKGBUILD https://aur.archlinux.org/cgit/aur.git/plain/PKGBUILD?h=pacaur
makepkg PKGBUILD
pacman -U pacaur*.tar.xz --noconfirm
通过Yaourt来安装
1. 安装Yaoourt
sudo pacman -S --needed base-devel git wget yajl
cd /tmp
git clone https://aur.archlinux.org/package-query.git
cd package-query/
makepkg -si && cd /tmp/
git clone https://aur.archlinux.org/yaourt.git
cd yaourt/
makepkg -si
2. 通过Yaourt来安装Pacaur
yaourt -S --noconfirm pacaur
更换实时内核(RT-Preempt)
现在的Linux内核一般都是面向桌面系统的，在一些工控场景中需要打上软实时内核补丁RT-Preempt，并且选择Fully Preemptible Kernel (Real-Time)这个实施策略。
如果您不需要实时内核，仅仅想把内核升级成新的版本，那么可以直接通过 pacman，在线安装、更新 Linux 内核。
在编译、更换实时内核的时候，我也遇到了几个问题下面一一记录于此，主要参考文档：https://wiki.archlinux.org/title/Kernel/Traditional_compilation。
在编译内核之前，需要安装几个必要的软件：
pacman -S cpio pahole pacman-contrib asp
1. 下载Linux内核和Preempt补丁文件
Linux 内核选择版本linux-5.15.36.tar.gz ，下载地址：https://www.kernel.org/。
RT-Preempt 补丁选择与内核对应的版本：patch-5.15.36-rt41.patch.gz，下载地址：https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/5.15/older/。
或者也可以直接下载已经打好补丁的内核版本：linux-stable-rt-5.15.36-rt41.tar.gz。
创建工作目录：mkdir ~/kernelbuild，把下载好的内核和补丁放在其中，并且各自解压出来。
cd 进入~/kernelbuild/linux-5.15.36目录，执行如下命令打上实时补丁：
patch -p1 < ../patch-5.15.36-rt41.patch
2. 配置实时策略Fully Preemptible Kernel (Real-Time)
打上补丁之后，首先执行 make mrproper清除历史编译记录，让内核保持干净的状态。
配置内核，最终目的就是得到.config这个文件，在下面进行内核编译的时候，内核中的Makefile就会根据.config中的配置，来执行对应的编译动作。
常用且保险的方式就是：以当前正在使用的操作系统所使用的配置文件作为蓝本，进行适当的修改配置，来得到最终的.config文件。
首先执行如下命令来得到当前系统的内核配置文件：
$ zcat /proc/config.gz > .config
然后执行指令：make menuconfig，进入内核配置界面。
实时策略配置项一般位于路径：【General setup】-【Preemption Model】中。
但是进入之后会发现：只有3个选项，没有预期的 【Fuly Preemptible Kernel(Real-Time)】这个选项。
在查阅资料的时候，有一个解决方案说：打开 【 General Setup 】 -> 【 Embedded System 】之后，就可以选择实时策略了。
的确如此！但是这个打开这个配置之后，编译出的内核无法启动！
我没有对比打开【 Embedded System 】这个选项之后对配置文件的改动，以后可以再研究一下。
正确的解决方案是：
把【General setup】->【Confiure standard kernel features (expert users)】勾选之后，实时策略选项就显示出来了。
配置好实时策略之后，我就开始编译、安装了，但是重启之后，选择新内核无法启动，提示如下错误：
mount: /sys/firmware/efi/efivars: unknown filesystem type 'efivarfs'
在尝试了两个错误的解决方案之后，最终通过下面这个方案解决了这个问题：
3. 编译和安装内核
实时策略问题解决了，然后依次执行如下指令来编译内核：
make -j4
make modules -j4
编译内核的时间比较久，主要取决于电脑的性能。
编译成功之后，执行安装命令：
make modules_install
cp -v arch/x86/boot/bzImage /boot/vmlinuz-linux515
bzImage文件仅仅是一个软链接，最终指向的是 arch/x86_64/boot 目录下的同名文件。
4. 制作和安装RAM Disk
这一步的主要目的就是生成initramfs-linux515.img虚拟内存文件，并复制到/boot目录中。
initramfs的主要作用就不赘述了，主要就是在操作系统挂载真正的根文件系统(/dev/sda2)之间，作为临时的根文件系统来使用。
制作 initramfs文件需要使用工具 mkinitcpio 和必要的配位文件。
首先把系统中当前的配置文件备份一下：
cp /etc/mkinitcpio.d/linux.preset /etc/mkinitcpio.d/linux515.preset
然后编译该配置文件：vim /etc/mkinitcpio.d/linux515.preset，修改下面的三行内容：
ALL_kver="/boot/vmlinuz-linux515"
default_image="/boot/initramfs-linux515.img"
fallback_image="/boot/initramfs-linux515-fallback.img"
最后，执行mkinitcpio，来生成initramfs-linux515.img文件。
mkinitcpio -p linux515
5. 复制System.map文件
System.map文件是在编译linux内核的时候生成的，直接把它复制到/boot目录下即可：
cp System.map /boot/System.map
参考链接中做了一个软链接，效果是一样的。
6. 更新GRUB配置文件
这一步千万不要忘记了！更新命令是：
grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg
至此，更换实时内核的所有操作就全部结束了！
重启之后，选择新的实时内核来启动(在内核启动列表中，带有-rt字眼的)，即可顺利进入系统！
如果想看一下实时系统对任务处理的实时性，可以通过rt-tests这个软件包来测试（可以与非实时系统对比一下）
pacman -S rt-tests // 安装测试软件
cyclictest --smp -p 100 -m // 执行测试命令
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