Компиляция модулей ядра linux

Kernel (Русский)/Traditional compilation (Русский)

В статье представлена краткая инструкция по сборке собственного ядра из исходников kernel.org. Данный метод является традиционным и общим для всех дистрибутивов. В зависимости от вашего опыта, компиляция из исходников может показаться несколько более сложной в сравнении с использованием системы сборки. Инструменты Arch Build System разрабатывались как раз с целью сделать многократно повторяющиеся задачи по компиляции более удобными и безопасными.

Contents

Подготовка

Для подготовки ядра не требуется ни root-аккаунт, ни root-привилегии (например, через sudo).

Установка пакетов

Установите группу пакетов base-devel с набором необходимых инструментов вроде make и gcc . Также рекомендуется установить пакеты, указанные в стандартном PKGBUILD ядра Arch Linux: xmlto , kmod , inetutils , bc , libelf , git , cpio , perl , tar , xz .

Создание каталога сборки

Рекомендуется создать отдельный каталог для сборки вашего ядра. В этом примере будет использоваться каталог kernelbuild в домашнем каталоге:

Загрузка исходников

Выберите версию ядра и загрузите файлы с исходным кодом с сайта https://www.kernel.org. Они будут иметь вид сжатого tar-архива (суффикс tar.xz ).

Загрузить можно просто через браузер (правый клик по ссылке с tar.xz и выбрать Save Link As. ) или любой другой программой, с графическим интерфейсом или интерфейсом командной строки, работающей через HTTP, TFTP, Rsync или Git.

Например, так выглядит загрузка ядра версии 4.8.6 в каталог

Также стоит проверить корректность загрузки. Скачайте файл подписи, с его помощью добудьте отпечаток (fingerprint) ключа, а с помощью отпечатка получите сам ключ:

Обратите внимание, что подпись создаётся для tar-архива (суффикс .tar ), а не для сжатого файла .tar.xz , который был загружен. Необходимо выполнить декомпрессию, но без извлечения архива. Для этого потребуется xz :

К последующим шагам нельзя переходить, если вы не получили вывод в виде «Good signature».

Если wget запускался не из каталога сборки, переместите в него скачанный архив:

Распаковка исходников

Распакуйте архив ядра в каталоге сборки:

Для завершения приготовлений убедитесь, что дерево файлов ядра абсолютно чистое; не стоит полагаться на то, что что оно будет таковым после распаковки. Перейдите в новый каталог с исходниками и выполните команду make mrproper :

Настройка

Это наиболее важный шаг в процессе «подгонки» ядра под точные характеристики вашего компьютера. Настройки ядра, включая используемые модули, задаются в файле .config .

Если правильно выбрать параметры в файле .config , то производительность вашего ядра и компьютера значительно вырастет.

Конфигурация ядра

Существует два способа создать конфигурацию:

• A. Использовать стандартные настройки Arch для официального ядра (рекомендуется).
• B. Сгенерировать файл с настройками ядра, работающего в данный момент (например, если вы желаете подкорректировать текущие настройки).

A. Стандартная конфигурация Arch

Этот метод предполагает создание нового файла .config на основе настроек стандартного ядра Arch. Если на вашей машине работает стандартное ядро, выполните следующую команду в каталоге с исходниками нового ядра:

В противном случае стандартную конфигурацию можно взять в официальном пакете ядра Arch Linux.

B. Сгенерированная конфигурация

С ядра 2.6.32 команда localmodconfig создаёт файл .config для нового ядра, отключив все опции, которые не заданы в работающем здесь и сейчас ядре. Другими словами, включены будут только опции, включённые в данный момент.

Хотя данный минималистичный подход позволяет создать высокоэффективную конфигурацию, подогнанную конкретно под вашу систему, есть ряд недостатков, таких как потенциальная неспособность ядра поддерживать более новое аппаратное обеспечение, периферийные устройства и другие особенности.

Продвинутая конфигурация

Существует ряд инструментов для тонкой настройки конфигурации ядра, которые можно использовать вместо многочасовой ручной настройки каждой возможной при компиляции опции.

• make menuconfig : утилита командной строки с интерфейсом ncurses; была заменена nconfig .
• make nconfig : новый инструмент командной строки с ncurses-интерфейсом.
• make xconfig : более дружелюбный к пользвателю графический интерфейс, которому требуется пакет packagekit-qt5 в качестве зависимости. Это рекомендуемый метод — особенно для неопытных пользователей — поскольку в нём упрощена навигация, а также выводится справочная информация о каждой опции.
• make gconfig : графический настройщик, похожий на xconfig, но использующий gtk.

Выбранную программу необходимо запустить внутри каталога с исходниками ядра. Все они создают новый .config либо перезаписывают существующий. Все опциональные настройки будут автоматически включены, но новые опции (т.е. отсутствовавшие в .config старого ядра) могут не включиться.

После внесения всех необходимых изменений сохраните файл .config . Имеет смысл также сделать резервную копию этого файла вне каталога с исходниками. Возможно, придётся повторить процесс несколько раз, прежде чем результат вас устроит.

Если испытываете сомнения, изменяйте по несколько опций между компиляциями. Если вы не можете загрузиться с новым ядром, изучите список необходимых пунктов конфигурации здесь.

Команда $ lspci -k # в liveCD-окружении выведет список используемых модулей ядра. Важно также не забыть обеспечить поддержку cgroups. Это необходимо для systemd.

Компиляция

Время компиляции может варьироваться от небольшого (

15 минут) до значительного (более часа) в зависимости от настроек ядра и мощности процессора. После задания всех необходимых настроек нового ядра в файле .config , выполните в каталоге с исходниками следующую команду:

Установка

Установка модулей

После того, как ядро скомпилировано, то же самое необходимо сделать с модулями. Сначала соберите модули:

Затем установите их:

Эта команда скопирует откомпилированные модули в каталог /lib/modules/ — . Например, для ядра версии 4.8 они будут скопированы в /lib/modules/4.8.6-ARCH . Это позволяет хранить модули разных ядер в отдельных каталогах.

Копирование ядра в каталог /boot

В результате компиляции ядра создаётся bzImage (big zImage, «большой сжатый образ») этого ядра, который необходимо скопировать в каталог /boot и переименовать. Имя должно начинаться с vmlinuz- , окончание можно выбрать любое. В примерах ниже установленное и скомпилированное ядро версии 4.8 копируется и переименуется в vmlinuz-linux48 :

Создание начального RAM-диска

Если вы не знаете, что такое создание начального RAM-диска, изучите статьи initrd и mkinitcpio.

Автоматизированный метод

Чтобы initramfs для нового ядра был сгенерирован аналогично официальному ядру, можно скопировать и модифицировать существующий mkinitcpio preset. Это удобно при перекомпиляции ядра (например, после обновления). В примере ниже файл предустановок (preset file) стокового ядра Arch копируется и модифицируется под ядро версии 4.8, установленное выше.

Сначала скопируйте существующий preset-файл, переименовав его с использованием суффикса из /boot/vmlinuz- (в нашем случае — linux48 ):

Затем отредактируйте файл под новое ядро. В параметре ALL_kver= необходимо указать имя нового ядра, выбранное при копировании bzImage :

Наконец, сгенерируйте initramfs-образ для нового ядра:

Ручной метод

Вместо использования файла с предустановками можно сгенерировать initramfs-файл вручную посредством mkinitcpio:

• -k ( —kernel ): указывает модули, которые будут использованы при генерации образа. Имя совпадает с именем каталога с исходниками нового ядра (и каталога с модулями для него, расположенного в /usr/lib/modules/ ).
• -g ( —generate ): указывается имя initramfs-файла, который будет создан в каталоге /boot . Ещё раз — рекомендуется использовать стандартную схему именования, упомянутую выше.

Например, команда для ядра версии 4.8:

Копирование System.map

Файл System.map не требуется для загрузки Linux. Это что-то вроде «телефонной книги» со списком функций для конкретной сборки ядра. System.map содержит список символов ядра (т.е. имён функций, переменных и т.п.) и соответсвующих им адресов. Это отображение имён символов на адреса используется:

• Некоторыми процессами вроде klogd, ksymoops и т.д.
• Обработчиком OOPS, когда во время падения ядра на экран выводится информация (например, о том, какая именно функция вызывала падение).

Если ваш каталог /boot использует файловую систему с поддержкой символических ссылок (т.е. не FAT32), скопируйте System.map в /boot , добавив название ядра к итоговому файлу. Затем создайте символическую ссылку /boot/System.map на /boot/System.map- :

В итоге в /boot должно быть 3 файла и 1 символическая ссылка (не считая любых других файлов, находившихся там до этого):

• Ядро: vmlinuz-
• Initramfs: Initramfs- .img
• System Map: System.map-
• Символическая ссылка на System Map.

Настройка загрузчика

Добавьте в файл настроек загрузчика пункт с новым ядром. В статье Процесс загрузки Arch#Сравнение возможностей приведено сравнение доступных загрузчиков; также изучите соответствующие статьи.

Источник

Работаем с модулями ядра в Linux

Ядро — это та часть операционной системы, работа которой полностью скрыта от пользователя, т. к. пользователь с ним не работает напрямую: пользователь работает с программами. Но, тем не менее, без ядра невозможна работа ни одной программы, т.е. они без ядра бесполезны. Этот механизм чем-то напоминает отношения официанта и клиента: работа хорошего официанта должна быть практически незаметна для клиента, но без официанта клиент не сможет передать заказ повару, и этот заказ не будет доставлен.
В Linux ядро монолитное, т.е. все его драйвера и подсистемы работают в своем адресном пространстве, отделенном от пользовательского. Сам термин «монолит» говорит о том, что в ядре сконцентрировано всё, и, по логике, ничего не может в него добавляться или удаляться. В случае с ядром Linux — это правда лишь отчасти: ядро Linux может работать в таком режиме, однако, в подавляющем большинстве сборок возможна модификация части кода ядра без его перекомпиляции, и даже без его выгрузки. Это достигается путем загрузки и выгрузки некоторых частей ядра, которые называются модулями. Чаще всего в процессе работы необходимо подключать модули драйверов устройств, поддержки криптографических алгоритмов, сетевых средств, и, чтобы уметь это правильно делать, нужно разбираться в строении ядра и уметь правильно работать с его модулями. Об этом и пойдет речь в этой статье.

В современных ядрах при подключении оборудования модули подключаются автоматически, а это событие обрабатывается демоном udev, который создает соответствующий файл устройства в каталоге «/dev». Все это выполняется в том случае, если соответствующий модуль корректно установлен в дерево модулей. В случае с файловыми системами ситуация та же: при попытке монтирования файловой системы ядро подгружает необходимый модуль автоматически, и выполняет монтирование.
Если необходимость в модуле не на столько очевидна, ядро его не загружает самостоятельно. Например, для поддержки функции шифрования на loop устройстве нужно вручную подгрузить модуль «cryptoloop», а для непосредственного шифрования — модуль алгоритма шифрования, например «blowfish».

Поиск необходимого модуля

Модули хранятся в каталоге «/lib/modules/ » в виде файлов с расширением «ko». Для получения списка всех модулей из дерева можно выполнить команду поиска всех файлов с расширением «ko» в каталоге с модулями текущего ядра:

find /lib/modules/`uname -r` -name ‘*.ko’

Полученный список даст некоторое представление о доступных модулях, их назначении и именах. Например, путь «kernel/drivers/net/wireless/rt2x00/rt73usb.ko» явно указывает на то, что этот модуль — драйвер устройства беспроводной связи на базе чипа rt73. Более детальную информацию о модуле можно получить при помощи команды modinfo:

filename: /lib/modules/2.6.38-gentoo-r1/kernel/drivers/net/wireless/rt2x00/rt73usb.ko
license: GPL
firmware: rt73.bin
description: Ralink RT73 USB Wireless LAN driver.
version: 2.3.0
author: rt2x00.serialmonkey.com
depends: rt2x00lib,rt2x00usb,crc-itu-t
vermagic: 2.6.38-gentoo-r1 SMP preempt mod_unload modversions CORE2
parm: nohwcrypt:Disable hardware encryption. (bool)

Поле «firmware» указывает на то, что этот модуль сам по себе не работает, ему нужна бинарная микропрограмма устройства в специальном файле «rt73.bin». Необходимость в файле микропрограммы появилась в связи с тем, что интерфейс взаимодействия с устройством закрыт, и эти функции возложены на файл прошивки (firmware). Взять firmware можно с сайта разработчика, установочного диска, поставляемого вместе с устройством, или где-нибудь в репозиториях дистрибутива, затем нужно его скопировать в каталог «/lib/firmware», при чем имя файла должно совпадать с тем, что указано в модуле.
Следующее поле, на которое нужно обратить внимание — это поле «depends». Здесь перечислены модули, от которых зависит данный. Логично предположить, что модули друг от друга зависят, например модуль поддержки USB накопителей зависит от модуля поддержки USB контроллера. Эти зависимости просчитываются автоматически, и будут описаны ниже.
Последнее важное поле — «param». Здесь описаны все параметры, которые может принимать модуль при загрузке, и их описания. В данном случае возможен только один: «nohwcrypt», который, судя по описанию, отключает аппаратное шифрование. В скобках указан тип значения параметра.
Более подробную информацию о модуле можно прочитать в документации к исходным кодам ядра (каталог Documentation) в дереве исходных кодов. Например, найти код нужного видеорежима драйвера «vesafb» можно в файле документации «Documentation/fb/vesafb.txt» относительно корня дерева исходных кодов.

Загрузка и выгрузка модулей

Загрузить модуль в ядро можно при помощи двух команд: «insmod» и «modprobe», отличающихся друг от друга возможностью просчета и удовлетворения зависимостей. Команда «insmod» загружает конкретный файл с расширением «ko», при этом, если модуль зависит от других модулей, еще не загруженных в ядро, команда выдаст ошибку, и не загрузит модуль. Команда «modprobe» работает только с деревом модулей, и возможна загрузка только оттуда по имени модуля, а не по имени файла. Отсюда следует область применения этих команд: при помощи «insmod» подгружается файл модуля из произвольного места файловой системы (например, пользователь скомпилировал модули и перед переносом в дерево ядра решил проверить его работоспособность), а «modprobe» — для подгрузки уже готовых модулей, включенных в дерево модулей текущей версии ядра. Например, для загрузки модуля ядра «rt73usb» из дерева ядра, включая все зависимости, и отключив аппаратное шифрование, нужно выполнить команду:

# modprobe rt73usb nohwcrypt=0

Загрузка этого модуля командой «insmod» произойдет следующим образом:

# insmod /lib/modules/2.6.38-gentoo-r1/kernel/drivers/net/wireless/rt2x00/rt73usb.ko nohwcrypt=0

Но нужно помнить, что при использовании «insmod» все зависимости придется подгружать вручную. Поэтому эта команда постепенно вытесняется командой «modprobe».

После загрузки модуля можно проверить его наличие в списке загруженных в ядро модулей при помощи команды «lsmod»:

# lsmod | grep rt73usb

Module	Size	Used by
rt73usb	17305	0
crc_itu_t	999	1	rt73usb
rt2x00usb	5749	1	rt73usb
rt2x00lib	19484	2	rt73usb,rt2x00usb

Из вывода команды ясно, что модуль подгружен, а так же в своей работе использует другие модули.
Чтобы его выгрузить, можно воспользоваться командой «rmmod» или той же командой «modprobe» с ключем «-r». В качестве параметра обоим командам нужно передать только имя модуля. Если модуль не используется, то он будет выгружен, а если используется — будет выдана ошибка, и придется выгружать все модули, которые от него зависят:

# rmmod rt2x00usb
ERROR: Module rt2x00usb is in use by rt73usb

# rmmod rt73usb
# rmmod rt2x00usb

После выгрузки модуля все возможности, которые он предоставлял, будут удалены из таблицы ядра.

Для автоматической загрузки модулей в разных дистрибутивах предусмотрены разные механизмы. Я не буду вдаваться здесь в подробности, они для каждого дистрибутива свои, но один метод загрузки всегда действенен и удобен: при помощи стартовых скриптов. В тех же RedHat системах можно записать команды загрузки модуля прямо в «/etc/rc.d/rc.local» со всеми опциями.
Файлы конфигурация модулей находится в каталоге «/etc/modprobe.d/» и имеют расширение «conf». В этих файлах преимущественно перечисляются альтернативные имена модулей, их параметры, применяемые при их загрузке, а так же черные списки, запрещенные для загрузки. Например, чтобы вышеупомянутый модуль сразу загружался с опцией «nohwcrypt=1» нужно создать файл, в котором записать строку:

options rt73usb nohwcrypt=1

Черный список модулей хранится преимущественно в файле «/etc/modules.d/blacklist.conf» в формате «blacklist ». Используется эта функция для запрета загрузки глючных или конфликтных модулей.

Сборка модуля и добавление его в дерево

Иногда нужного драйвера в ядре нет, поэтому приходится его компилировать вручную. Это так же тот случай, если дополнительное ПО требует добавление своего модуля в ядро, типа vmware, virtualbox или пакет поддержки карт Nvidia. Сам процесс компиляции не отличается от процесса сборки программы, но определенные требования все же есть.
Во первых, нужен компилятор. Обычно установка «gcc» устанавливает все, что нужно для сборки модуля. Если чего-то не хватает — программа сборки об этом скажет, и нужно будет доустановить недостающие пакеты.
Во вторых, нужны заголовочные файлы ядра. Дело в том, что модули ядра всегда собираются вместе с ядром, используя его заголовочные файлы, т.к. любое отклонение и несоответствие версий модуля и загруженного ядра ведет к невозможности загрузить этот модуль в ядро.
Если система работает на базе ядра дистрибутива, то нужно установить пакеты с заголовочными файлами ядра. В большинстве дистрибутивов это пакеты «kernel-headers» и/или «kernel-devel». Для сборки модулей этого будет достаточно. Если ядро собиралось вручную, то эти пакеты не нужны: достаточно сделать символическую ссылку «/usr/src/linux», ссылающуюся на дерево сконфигурированных исходных кодов текущего ядра.
После компиляции модуля на выходе будет получен один или несколько файлов с расширением «ko». Можно попробовать их загрузить при помощи команды «insmod» и протестировать их работу.
Если модули загрузились и работают (или лень вручную подгружать зависимости), нужно их скопировать в дерево модулей текущего ядра, после чего обязательно обновить зависимости модулей командой «depmod». Она пройдется рекурсивно по дереву модулей и запишет все зависимости в файл «modules.dep», который, в последствие, будет анализироваться командой «modprobe». Теперь модули готовы к загрузке командой modprobe и могут загружаться по имени со всеми зависимостями.
Стоит отметить, что при обновлении ядра этот модуль работать не будет. Нужны будут новые заголовочные файлы и потребуется заново пересобрать модуль.

«Слушаем» что говорит ядро

При появлении малейших неполадок с модулем, нужно смотреть сообщения ядра. Они выводятся по команде «dmesg» и, в зависимости от настроек syslog, в файл «/var/log/messages». Сообщения ядра могут быть информативными или отладочными, что поможет определить проблему в процессе работы модуля, а могут сообщать об ошибке работы с модулем, например недостаточности символов и зависимостей, некорректных переданных параметрах. Например, выше рассмотренный модуль «rt73usb» требует параметр типа bool, что говорит о том, что параметр может принимать либо «0», либо «1». Если попробовать передать «2», то система выдаст ошибку:

# modprobe rt73usb nohwcrypt=2
FATAL: Error inserting rt73usb (/lib/modules/2.6.38-gentoo-r1/kernel/drivers/net/wireless/rt2x00/rt73usb.ko): Invalid argument

Ошибка «Invalid argument» может говорить о чем угодно, саму ошибку ядро на консоль написать не может, только при помощи функции «printk» записать в системный лог. Посмотрев логи можно уже узнать в чем ошибка:

# dmesg | tail -n1
rt73usb: `2′ invalid for parameter `nohwcrypt’

В этом примере выведена только последняя строка с ошибкой, чтобы не загромаждать статью. Модуль может написать и несколько строк, поэтому лучше выводить полный лог, или хотя бы последние строк десять.
Ошибку уже легко найти: значение «2» неприемлемо для параметра «nohwcrypt». После исправления, модуль корректно загрузится в ядро.

Из всего сказанного можно сделать один вывод: ядро Linux играет по своим правилам и занимается серьезными вещами. Тем не менее — это всего лишь программа, оно, по сути, не сильно отличается от других обычных программ. Понимание того, что ядро не так уж страшно, как кажется, может стать первым шагом к пониманию внутреннего устройства системы и, как результат, поможет быстро и эффективно решать задачи, с которыми сталкивается любой администратор Linux в повседневной работе.

Источник