Администрирование систем Linux. Ядро Linux
Часть VI. Работа с ядром ОС
Глава 28. Ядро Linux
28.1. О ядре Linux
28.1.1. Версии ядра
В 1991 году Linus Torvalds разработал первую версию ядра Linux. Он выложил исходный код ядра в открытый доступ, после чего другие люди начали вносить свой вклад в его развитие. В разработке одной из версий ядра (а именно, версии 2.6.27, выпущенной в ноябре 2008 года) поучаствовало более 4000 разработчиков.
Для основных версий ядра Linux используются четные и нечетные номера. Ранее существовало разделение версий, в соответствии с которым версии 2.0 , 2.2 , 2.4 и 2.6 считались стабильными. В то же время версии 2.1 , 2.3 и 2.5 считались нестабильными (или разрабатываемыми). Начиная с выпуска версии ядра 2.6.0 в январе 2004 года вся разработка велась в рамках ветки 2.6. Версия ядра 2.7.0 так и не была выпущена и, судя по заявлениям главного разработчика ядра, которым все также является Linus Torvalds, схема разделения версий ядра на четные/стабильные и нечетные/разрабатываемые не используется и не будет использоваться в будущем.
28.1.2. Команда uname -r
Для того, чтобы узнать текущую версию ядра Linux, следует использовать команду uname -r таким образом, как показано ниже.
В первом примере показан вывод данной команды в системе с ядром Linux основной версии 2.6 и дополнительной версии 24 . Остальная часть строки -22-generic является специфичной для дистрибутива (в данном случае используется дистрибутив Ubuntu).
При выполнении этой же команды в дистрибутиве Red Hat Entrprise Linux можно получить информацию о более старом ядре (версии 2.6.18), причем строка -92.1.17.el5 также является специфичной для дистрибутива.
28.1.3. Файл /proc/cmdline
Параметры, которые были переданы ядру ОС в процессе загрузки системы, могут быть получены из файла /proc/cmdline .
28.1.4. Однопользовательский режим
В случае передачи ядру Linux параметра single будет осуществляться загрузка системы в однопользовательском режиме . В данном случае после загрузки ядра Linux будет запущена командная оболочка bash с привилегиями пользователя root (ввода пароля не потребуется).
В некоторых дистрибутивах данная возможность заблокирована (на этапе компиляции ядра ОС).
28.1.5. Параметр init=/bin/bash
Обычно ядро ОС запускает бинарный файл, путь к которому передан с помощью параметра init , создавая таким образом первый процесс-демон. Добавление параметра init=/bin/bash к строке параметров ядра позволяет вызывать командную оболочку bash (снова с правами пользователя root без необходимости ввода пароля).
28.1.6. Файл журнала /var/log/messages
Ядро ОС в процессе загрузки передает демону syslogd информацию о множестве выполняемых действий, которая сохраняется в файле журнала /var/log/messages . Из данного файла журнала можно извлечь информацию о процессе загрузки ядра, включая информацию обо всех устройствах, которые были идентифицированы в процессе загрузки системы.
А в данном примере показан фрагмент файла /var/log/messages , который может использоваться для извлечения информации о дисковом устройстве, представленном файлом устройства /dev/sda .
28.1.7. Утилита dmesg
Утилита dmesg выводит все сообщения ядра ОС (с момента последней загрузки системы).
Следовательно, в случае поиска информации о дисковом устройстве, представленном файлом устройства /dev/sda, с помощью утилиты dmesg , будут выведены только сообщения ядра ОС с момента последней загрузки системы.
28.2. Исходный код ядра Linux
28.2.1. Ресурс ftp.kernel.org
Официальное хранилище архивов исходного ядра Linux расположено по адресу ftp.kernel.org . Данный ресурс содержит архивы исходного кода всех официальных выпусков ядра Linux начиная с 1991 года. Доступ ко всем архивам исходного кода, а также к файлам со списками изменений и файлам с исправлениями может осуществляться по протоколам http, ftp и rsync. Дополнительная информация может быть получена на вебсайте www.kernel.org .
Каждый человек может воспользоваться ftp-клиентом для осуществления анонимного входа на ресурс ftp.kernel.org.
Архивы исходного кода всех версий ядра Linux расположены по пути pub/linux/kernel/.
28.2.2. Директория /usr/src
Исходный код ядра ОС на вашем локальном компьютере должен быть расположен в директории /usr/src . Учтите, что структура поддиректорий директории /usr/src может отличаться в зависимости от используемого вами дистрибутива.
В первую очередь давайте рассмотрим структуру поддиректорий директории /usr/src в дистрибутиве Debian . В данном случае в этой директории можно обнаружить две версии полного исходного кода ядра Linux. При поиске определенного файла (e1000_main.c) исходного кода с помощью утилиты find можно получить полный путь к этому файлу.
Данная структура поддиректорий очень похожа на структуру поддиректорий директории /usr/src в дистрибутиве Ubuntu за тем исключением, что в данном случае в директории расположен исходный код одной версии ядра (и эта версия более новая).
Теперь давайте рассмотрим содержимое директории /usr/src в дистрибутиве Red Hat Entrprise Linux .
Нам придется погрузиться немного глубже в дерево директорий для того, чтобы добраться до исходного кода ядра ОС в дистрибутиве Red Hat!
28.2.3. Загрузка исходного кода ядра ОС
Установка пакета программного обеспечения с исходным кодом ядра ОС в дистрибутиве Debian осуществляется достаточно просто с помощью команды aptitude install linux-source . В первую очередь вы можете осуществить поиск всех пакетов программного обеспечения с именами linux-source таким образом, как показано в примере ниже.
После этого вы можете использовать команду aptitude install для загрузки и установки пакета программного обеспечения с исходным кодом ядра Linux из состава дистрибутива Debian.
После того, как утилита aptitude закончит работу, вы обнаружите новый файл с именем /usr/src/linux-source- .tar.bz2 в файловой системе вашего компьютера.
Дистрибутив Ubuntu основывается на дистрибутиве Debian, причем в нем также может использоваться утилита aptitude , поэтому задача полностью аналогична предыдущей.
И после того, как утилита aptitude завершит свою работу, мы получим файл /usr/src/linux-source- .tar.bz2 .
Red Hat Enterprise Linux
Ранее пакет программного обеспечения с исходным кодом ядра ОС располагался на четвертом установочном диске с пакетами исходного кода дистрибутива Red Hat Enerprise Linux. Файл пакета программного обеспечения носит имя kernel-2.6.9-42.EL.src.rpm (пример для дистрибутива RHEL версии 4 с обновлением 4). Также данный пакет доступен по адресу ftp://ftp.redhat.com/pub/redhat/linux/enterprise/5Server/en/os/SRPMS/ (пример для дистрибутива RHEL 5).
Для загрузки пакета исходного кода ядра ОС дистрибутива RHEL следует использовать длинную команду (команда должна располагаться в одной строке без завершающего символа \).
После того, как утилита wget закончит свою работу, вы получите файл с расширением .rpm размером в 60 Мб.
Нам придется выполнить дополнительные действия для того, чтобы использовать исходный код ядра ОС из пакета программного обеспечения по назначению.
В первую очередь мы должны выполнить команду rpm -i kernel-2.6.9-42.EL.src.rpm для установки загруженного пакета программного обеспечения дистрибутива Red Hat.
После этого мы должны перейти в директорию SPECS и задействовать утилиту rpmbuild .
Утилита rpmbuild поместит исходный код ядра Linux дистрибутива RHEL в директорию /usr/src/redhat/BUILD/kernel- / .
28.3. Файлы, используемые в процессе загрузки ядра ОС
28.3.1. Файл vmlinuz
Файл vmlinuz из директории /boot является сжатым исполняемым файлом ядра ОС.
28.3.2. Файл initrd
Ядро ОС использует файл initrd (Initial RAM disk — диск в оперативной памяти для начальной инициализации) в процессе загрузки системы. Данный диск монтируется до момента окончания загрузки ядра ОС и может содержать дополнительные драйверы и модули ядра ОС. На самом деле, данный файл является сжатым архивом формата CPIO , поэтому вы можете просмотреть его содержимое следующим образом.
28.3.3. Файл System.map
Файл System.map содержит таблицу символов и изменяется при каждой компиляции ядра ОС. Таблица символов также присутствует в файле /proc/kallsyms (до выпуска ядра Linux версии 2.6 данный файл носил имя /proc/ksyms).
28.3.4. Файл .config
Последним файлом, копируемым в директорию /boot, является файл со значениями параметров конфигурации ядра ОС, используемый в процессе его компиляции. Данный файл не должен находиться директории /boot для корректного функционирования ядра ОС, но размещение его копии в данной директории является обычной практикой. Благодаря его наличию появляется возможность осуществления повторной компиляции ядра ОС с использованием тех же значений параметров конфигурации, которые были использованы для компиляции существующего работоспособного ядра ОС.
28.4. Модули ядра Linux
28.4.1. Информация о модулях ядра Linux
Ядро Linux является монолитным ядром с поддержкой загружаемых модулей. Данные модули содержат части ядра ОС, обычно используемые в качестве драйверов устройств, реализаций файловых систем и сетевых протоколов. В большинстве случаев необходимые модули ядра ОС загружаются автоматически и динамически без вмешательства системного администратора.
28.4.2. Директория /lib/modules
Модули ядра ОС хранятся в директории /lib/modules/ . Для хранения модулей каждой версии ядра Linux, которая была скомпилирована для вашей системы, создается отдельная директория.
Имя файла, содержащего код модуля ядра ОС, обычно оканчивается на .ko . В данном примере показано расположение файлов модулей ядра ОС, предназначенных для поддержки протокола isdn.
28.4.4. Утилита lsmod
Для ознакомления со списком загруженных в текущий момент модулей ядра ОС, следует использовать утилиту lsmod . В выводе утилиты вы можете обнаружить информацию об имени каждого из загруженных модулей, его размере, значении счетчика использования модуля, а также именах других модулей, использующих данный модуль.
28.4.5. Файл /proc/modules
Файл /proc/modules содержит список всех модулей, загруженных ядром ОС. Список модулей ядра ОС из данного файла является слишком длинным для того, чтобы приводить его в данной книге, поэтому давайте используем утилиту grep для поиска модуля с именем vm .
Мы видим, что одновременно загружены модуля ядра ОС vmmon и vmnet. Вы можете получить ту же самую информацию и с помощью утилиты lsmod . На самом деле, утилита lsmod всего лишь читает содержимое файла /proc/modules и выводит его с соответствующим форматированием.
28.4.6. Зависимости модулей ядра ОС
Некоторые модули ядра ОС зависят от других модулей ядра ОС. В следующем примере вы можете увидеть, что модуль ядра ОС с именем nfsd зависит от модулей с именами exportfs, lockd и sunrpc.
28.4.7. Утилита insmod
Модули ядра ОС могут быть загружены в ручном режиме с помощью утилиты insmod . Это очень простой (и устаревший) способ загрузки модулей ядра ОС. В примере ниже показан процесс загрузки модуля ядра ОС с именем fat (реализующего поддержку файловой системы fat).
Утилита insmod не определяет зависимости между модулями ядра ОС, поэтому в следующем примере нам не удалось загрузить с помощью данной утилиты модуль с именем isdn (так как модуль с именем isdn зависит от модуля с именем slhc).
28.4.8. Утилита modinfo
Как вы можете увидеть в представленном ниже выводе утилиты modinfo , модуль ядра ОС с именем isdn зависит от модуля ядра ОС с именем slhc.
28.4.9. Утилита modprobe
Большим преимуществом утилиты modprobe перед утилитой insmod является возможность первой утилиты загружать все необходимые модули ядра ОС, в то время, как вторая утилита требует загрузки всех необходимых модулей ядра ОС в ручном режиме. Другое преимущество данной утилиты заключается в отсутствии необходимости указания полного пути к файлу загружаемого модуля ядра ОС.
В данном примере показан способ загрузки модуля с именем isdn с помощью утилиты modprobe с автоматической загрузкой модуля с именем shlc в фоновом режиме.
28.4.10. Файл /lib/modules/ /modules.dep
Зависимости модулей ядра ОС описаны в рамках файла с именем modules.dep .
28.4.11. Утилита depmod
Файл modules.dep может быть обновлен (повторно создан) с помощью утилиты depmod . В следующем примере не было добавлено никаких новых модулей ядра ОС, поэтому утилита depmod сгенерировала идентичный файл.
28.4.12. Утилита rmmod
По аналогии с утилитой insmod , утилита rmmod на сегодняшний день практически не используется.
28.4.13. Команда modprobe -r
В отличие от утилиты rmmod , утилита modprobe будет автоматически удалять неиспользуемые модуля ядра ОС.
28.4.14. Файл конфигурации /etc/modprobe.conf
Файл конфигурации /etc/modprobe.conf и специальные файлы конфигурации из директории /etc/modprobe.d могут содержать псевдонимы (для использования людьми), а также параметры (для зависимых модулей ядра ОС), используемые утилитой modprobe .
28.5. Компиляция ядра ОС
28.5.1. Дополнительная версия
Перейдите в директорию /usr/src/redhat/BUILD/kernel-2.6.9/linux-2.6.9/ и измените дополнительную версию ядра ОС, заменив значение параметра extraversion в файле с именем Makefile.
28.5.2. Команда make mrproper
Теперь необходимо удалить результаты предыдущих сборок ядра ОС с помощью команды make mrproper . В том случае, если это ваша первая сборка после загрузки исходного кода, вы не должны выполнять это действие.
28.5.3. Файл .config
Теперь скопируйте работоспособный файл с именем .config из директории /boot в директорию с исходным кодом вашего ядра ОС. Этот файл содержит значения параметров конфигурации, которые использовались при компиляции вашего текущего ядра ОС. Грубо говоря, данный файл содержит информацию о том, должны ли компилироваться определенные модули ядра ОС.
28.5.4. Команда make menuconfig
Теперь следует выполнить команду make menuconfig (или команду make xconfig в случае использования графического интерфейса). Запущенная утилита позволит вам установить, необходимо ли компилировать определенный модуль (m), включить код модуля в состав ядра ОС (*) или вообще не компилировать его (что позволит сократить размер ядра ОС). Если вы откажитесь от компиляции слишком большого количества модулей, ваше ядро ОС не будет работать корректно. Данные конфигурации будут сохранены в скрытом файле с именем .config.
28.5.5. Команда make clean
Выполните команду make clean для подготовки исходного кода ядра ОС к компиляции. Команда make clean позволяет удалить большую часть сгенерированных файлов, но сохраняет ваши файлы конфигурации ядра ОС. Исполнение команды make mrproper на данном этапе приведет к уничтожению файла .config, который был создан в результате исполнения команды make menuconfig .
28.5.6. Команда make bzImage
А теперь следует выполнить команду make bzImage , присесть и расслабиться, ожидая окончания процесса компиляции ядра ОС. Вы также можете использовать команду time make bzImage , чтобы получить информацию о времени, необходимым для компиляции ядра ОС, которая может понадобиться для планирования непродолжительной прогулки во время следующей компиляции.
Исполнение данной команды завершится выводом информации о пути к результирующему файлу bzImage (а также времени компиляции, если вы также использовали команду time ).
На данном этапе вы можете вручную скопировать результирующий файл в директорию /boot с помощью команды cp arch/i386/boot/bzImage /boot/vmlinuz- .
28.5.7. Команда make modules
Теперь следует выполнить команду make modules . На компиляцию всех модулей ядра ОС уйдет от 20 до 50 минут.
28.5.8. Команда make modules_install
Для копирования всех скомпилированных модулей ядра ОС в директорию /lib/modules следует всего лишь выполнить команду make modules_install (на установку модулей уйдет примерно 20 секунд). В примере ниже приведен список содержимого директории модулей перед исполнением упомянутой команды.
А это список содержимого этой же директории после исполнения этой команды. Обратите внимание на то, что в процессе исполнения команды make modules_install была создана новая директория для модулей нового ядра ОС.
28.5.9. Директория /boot
Нам все также необходимо скопировать исполняемый файл ядра ОС, файл System.map и наш файл со значениями параметров конфигурации ядра ОС в директорию /boot. Строго говоря, копировать файл со значениями параметров конфигурации ядра ОС с именем .config совсем не обязательно, но он может пригодиться в будущем при компиляции ядра ОС.
28.5.10. Утилита mkinitrd
Ядро ОС обычно использует файл initrd в процессе загрузки. Мы можем использовать утилиту mkinitrd для генерации этого файла. Убедитесь в том, что вы используете корректное имя ядра ОС!
28.5.11. Системный загрузчик
На этом компиляция ядра ОС закончена, но не следует забывать о необходимости создания дополнительного станса для отображения пункта в меню системного загрузчика grub или lilo.
28.6. Компиляция отдельного модуля ядра ОС
28.6.1. Файл исходного кода hello.c
Небольшая программа на языке C послужит основой для нашего модуля ядра ОС.
28.6.2. Файл Makefile
Файл для сборки модуля ядра ОС будет содержать следующие строки.
Для компиляции модуля необходимы только два описанных файла.
28.6.3. Команда make
В примере ниже представлен результат исполнения команды make .
Теперь у нас больше файлов.
28.6.4. Файл hello.ko
Следует использовать утилиту modinfo для проверки того, действительно ли файл с расширением .ko является модулем ядра ОС.
Отлично, значит мы можем загрузить наш модуль ядра ОС с именем «hello».
Наконец мы можем обнаружить небольшой сюрприз в файле журнала /var/log/messages .
Источник
