问题

关于vmlinux,vmlinuz,bzImage,zImage的区别和联系?

回答
好的,咱们来聊聊 Linux 内核这几个看似相似但又各有侧重的概念:`vmlinux`、`vmlinuz`、`bzImage` 和 `zImage`。要理解它们,得先明白 Linux 内核是怎么从一堆源代码变成一个能引导系统的可执行文件的。

1. `vmlinux`:一切的起点,未经雕琢的内核

想象一下,你写好了一段 C 代码,准备编译成一个程序。`vmlinux` 就像是你编译完成后的“中间产物”,但它还不是一个可以直接放到启动盘里运行的“成品”。

本质: `vmlinux` 是一个 未压缩的、符号表齐全的 ELF (Executable and Linkable Format) 格式的可执行文件。
特点:
未压缩: 它包含了内核的所有代码和数据,所以体积通常比较大。
符号表齐全: 里面保留了大量的调试信息和符号,这对于内核开发者进行调试、分析(比如使用 `gdb`)至关重要。它包含了函数名、变量名等,让你知道“这是哪个函数的代码”。
ELF 格式: 这是 Linux 系统中标准的程序文件格式,包含了代码段、数据段、符号表、重定位信息等等。
用途:
开发和调试: 内核开发者在编译内核时,首先得到的就是 `vmlinux`。他们会用它来进行单步调试、性能分析等。
生成其他内核镜像: `vmlinux` 是生成 `vmlinuz`、`bzImage` 等最终可引导镜像的基础。

简单比喻: 就像一个建筑项目的施工图纸,里面包含了所有的细节、尺寸、材料信息,但你不能直接住进去。

2. `vmlinuz`:压缩过的、可直接引导的内核

`vmlinuz` 是 `vmlinux` 经过压缩后的版本,并且被打包成了一个可以直接加载到内存中执行的格式。

本质: `vmlinuz` 是一个 被压缩过的 Linux 内核可执行文件。`.z` 就表示“zipped”(压缩),而 `vmlinuz` 则是“Virtual Linux Kernel Zipped” 的缩写(这个说法不一定严格,但很好记)。
特点:
压缩: 为了减小内核文件的大小,以便于存储和加载,`vmlinuz` 通常会使用 `gzip` 或 `xz` 等算法进行压缩。
可引导: 它包含了一个简单的引导加载程序 (bootloader),能够被 BIOS/UEFI 加载,然后将内核自身解压到内存中,并跳转到内核的入口点开始执行。
符号表可能被剥离: 为了进一步减小体积,`vmlinuz` 通常会剥离大部分调试符号,所以它不是用来进行深度调试的。
用途:
实际部署: 这是我们通常在 `/boot` 目录下看到并用于引导系统的内核文件。
引导加载器加载: GRUB、SYSLINUX 等引导加载器会找到 `vmlinuz` 文件,将其加载到内存,然后执行。

简单比喻: 就像施工图纸经过了压缩打包,变成了一个可以装箱运输的建筑模型。这个模型虽然看起来小了,但包含了启动所有工作的基础结构。

3. `zImage`:早期的小型系统专用压缩内核

`zImage` 是 Linux 内核早期用于 空间受限的嵌入式系统 的一种压缩格式。

本质: `zImage` 也是一个 被压缩过的 Linux 内核,但它有一种特殊的结构。
特点:
压缩: 同样使用 `gzip` 等算法压缩。
线性地址空间限制: `zImage` 的一个关键特点是,它被设计成可以加载到 低于 1MB 的内存地址空间。这在早期 32 位 x86 架构上非常重要,因为只有低内存区域是直接可访问的。
结构: `zImage` 的头部包含了一个小的解压程序。这个解压程序会将整个内核解压到一个 高地址(通常是 1MB 以上)的内存区域,然后跳转到解压后的内核执行。
限制: 因为要兼容低地址内存,`zImage` 在可用的地址空间上有严格的限制,并且内核的大小也受到一定的限制。
用途:
早期嵌入式系统: 在内存非常紧张的早期嵌入式设备上使用。
某些旧式引导方式: 可能用于某些特殊的引导加载器。

简单比喻: 就像一个模块化的建筑模型,但这个模型被设计成只能先放在一个很小的区域里,然后通过一个特殊的操作,它会自动“长大”并转移到更大的空间去。

4. `bzImage`:现代、大内存系统的通用压缩内核

`bzImage` 是 `zImage` 的 后继者,专门为 支持大内存和现代 x86 架构 而设计。

本质: `bzImage` 也是一个 被压缩过的 Linux 内核,但它克服了 `zImage` 的一些限制。
特点:
压缩: 使用 `gzip` 等算法压缩。
支持大内存 (Big Kernel): `bzImage` 的“bz”代表“Big Kernel”。它最主要的特点是,能够将解压后的内核加载到 超过 1MB 的内存区域,并且可以利用 32 位或 64 位的保护模式或长模式,从而支持非常大的内存。
无需固定低地址加载: 与 `zImage` 不同,`bzImage` 的解压程序不需要将内核“固定”在低于 1MB 的地址开始解压。它可以被引导加载器加载到内存中的任何合适位置,然后解压到目标内存区域。
通用性: 成为目前 Linux 内核在 x86 架构上最常用的镜像格式,兼容性好,支持硬件和内存范围广。
用途:
绝大多数桌面和服务器 Linux 系统: 我们在 `/boot` 目录下看到的 `vmlinuz` 文件,在 x86 架构上,实际上就是 `bzImage`(或者已经发展成更现代的格式,但概念类似)。
标准引导过程: 被 GRUB 等引导加载器广泛支持。

简单比喻: 就像一个非常先进的模块化建筑模型,它不受初始放置空间的限制,可以灵活地、高效地“长大”并部署到任何需要的现代化建筑场地,能够容纳极大的规模。

区别与联系总结

| 特性 | `vmlinux` | `vmlinuz` | `zImage` | `bzImage` |
| : | : | : | : | : |
| 是否压缩 | 否 | 是 | 是 | 是 |
| 格式 | ELF | ELF (包含引导信息和压缩内核) | ELF (包含引导信息和压缩内核) | ELF (包含引导信息和压缩内核) |
| 符号表 | 齐全 (用于开发调试) | 通常剥离 (用于生产部署) | 通常剥离 | 通常剥离 |
| 内存加载 | 不直接加载,是生成其他镜像的基础 | 可直接加载并解压执行 | 可加载到低地址(<1MB),解压到高地址 | 可加载到任何合适位置,利用大内存和保护/长模式 |
| 主要用途 | 内核开发、调试 | 实际的系统引导 | 早期嵌入式、空间受限系统 | 现代 x86 系统、大内存支持、通用引导 |
| 与 `vmlinux` 关系 | 是 `vmlinuz`, `zImage`, `bzImage` 的 源头 | 是 `vmlinux` 压缩并打包后的版本 | 是 `vmlinux` 压缩并打包后的版本,有特定加载限制 | 是 `vmlinux` 压缩并打包后的版本,为现代系统优化 |

核心联系:

1. `vmlinux` 是所有可压缩内核镜像(`vmlinuz`, `zImage`, `bzImage`)的 基础。 它们都是从 `vmlinux` 经过压缩、打包和添加引导信息而来的。
2. `vmlinuz` 是一个 通用 的概念,代表“压缩过的 Linux 内核”。而 `zImage` 和 `bzImage` 是 `vmlinuz` 的 具体实现 或 演进版本,它们在压缩方式、加载方式和对内存的支持上有所区别。
3. 演进关系: `zImage` 是早期的,为低内存优化;`bzImage` 是后来的,为大内存和现代架构优化,基本取代了 `zImage` 在 PC 上的地位。

所以,当你看到 `/boot` 目录下的 `vmlinuz5.15.076generic` 这样的文件时,它实际上是经过压缩、包含了引导加载器信息的、可以被 GRUB 加载并运行的 Linux 内核文件,在现代 x86 平台上,其底层实现更倾向于 `bzImage` 的设计理念。而 `vmlinux` 则是你在内核源码目录下编译生成的一个庞大的、未压缩的 ELF 文件,是供开发者玩耍和调试的。

网友意见

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1、vmlinuz是可引导的、压缩的内核。“vm”代表“Virtual Memory”。Linux 支持虚拟内存,不像老的操作系统比如DOS有640KB内存的限制。Linux能够使用硬盘空间作为虚拟内存,因此得名“vm”。vmlinuz是可执行的Linux内核,它位于/boot/vmlinuz,它一般是一个软链接。

2、vmlinuz的建立有两种方式。一是编译内核时通过“make zImage”创建,然后通过:“cp /usr/src/linux-2.4/arch/i386/linux/boot/zImage /boot/vmlinuz”产生。zImage适用于小内核的情况,它的存在是为了向后的兼容性。二是内核编译时通过命令make bzImage创建,然后通过:“cp /usr/src/linux-2.4/arch/i386/linux/boot/bzImage /boot/vmlinuz”产生。bzImage是压缩的内核映像,需要注意,bzImage不是用bzip2压缩的,bzImage中的bz容易引起误解,bz表示“big zImage”。 bzImage中的b是“big”意思。

3、zImage(vmlinuz)和bzImage(vmlinuz)都是用gzip压缩的。它们不仅是一个压缩文件,而且在这两个文件的开头部分内嵌有gzip解压缩代码。所以你不能用gunzip 或 gzip –dc解包vmlinuz。

内核文件中包含一个微型的gzip用于解压缩内核并引导它。两者的不同之处在于,老的zImage解压缩内核到低端内存(第一个640K),bzImage解压缩内核到高端内存(1M以上)。如果内核比较小,那么可以采用zImage 或bzImage之一,两种方式引导的系统运行时是相同的。大的内核采用bzImage,不能采用zImage。

vmlinux是未压缩的内核,vmlinuz是vmlinux的压缩文件。

vmlinux 是ELF文件,即编译出来的最原始的文件。

vmlinuz应该是由ELF文件vmlinux经过OBJCOPY后,并经过压缩后的文件

zImage是vmlinuz经过gzip压缩后的文件,适用于小内核

bzImage是vmlinuz经过gzip压缩后的文件,适用于大内核

通常情况下是不能用vmlinuz解压缩得到vmlinux的

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