Собираем ядро Linux. Собираем своё собственное ядро Linux
Пересборка ядра Linux дело очень интересное и почему-то часто отпугивает новичков. Но ничего сложного в этом нет, и скомпилировать ядро Linux бывает не сложнее, чем собрать (скомпилировать) любую другую программу из исходников. Пересборка ядра может понадобиться, когда вам требуются какие-нибудь функции, не включенные в текущее ядро, или же, наоборот, вы хотите что-то отключить. Все дальнейшие действия мы будем выполнять в Ubuntu Linux.
Установка утилит
Для настройки и сборки ядра Linux вам потребуется установить несколько пакетов, которые понадобятся для сборки и настройки ядра: kernel-package , build-essential , libncurses-dev . Сделать это можно командой:
sudo apt-get install build-essential kernel-package libncurses-dev
Скачиваем исходный код ядра
Теперь нужно скачать исходный код ядра. Мы будем скачивать ядро для Ubuntu. Вы можете скачать определенную версию ядра, например, ту, которую вы в данный момент используете или же скачать самую последнюю версию. Для того, чтобы определить версию ядра Linux, которую вы используете, выполните команду uname с параметром -r:
Uname -r
Вывод команды будет примерно следующим:
$uname -r 2.6.27-11-generic
Имя пакета, содержащего исходные коды ядра обычно имеет следующий вид: linux-source-Версия. Например, для ядра версии 2.6.24: linux-source-2.6.24. Самая последняя версия ядра в репозиториях Ubuntu называется просто linux-source, без указания версии на конце. Для установки исходных кодов последней версии ядра Ubuntu Linux, выполните команду:
sudo apt-get install linux-source
Эта команда скачивает исходники ядра и размещает их в директории /usr/src . На момент написания заметки последняя версия ядра, которая была скачана — 2.6.27, ее мы и будем использовать. Если мы теперь перейдем в директорию /usr/src и выполним команду ls , то увидим, что среди файлов присутствует файл linux-source-2.6.27.tar.bz2. Это и есть исходные коды ядра Linux (ядра Ubuntu).
Распаковываем исходный код ядра
Перейдем в директорию /usr/src и разархивируем ядро. Для этого выполните следующие команды:
Cd /usr/src sudo tar xjf linux-source-2.6.27.tar.bz2 sudo ln -s linux-source-2.6.27 linux
Конфигурация ядра
Теперь перейдем к конфигурированию ядра. Чтобы не создавать конфигурацию с нуля, возьмем за основу конфигурацию ядра, которая в данный момент используется. Получить текущую конфигурацию можно выполнив команду make oldconfig . Выполните в терминале:
Cd /usr/src/linux sudo make oldconfig
В результате выполнения команды make oldconfig создастся файл.config , содержащий параметры конфигурации ядра.
Получить справку по всем параметрам make для ядра Linux вы можете, выполнив команду make help .
Для изменения конфигурации ядра мы воспользуемся консольной утилитой menuconfig . Для ее запуска выполните:
Sudo make menuconfig
Перед вами появится интерфейс, в котором вы можете включать или отключать определенные опции ядра:
Для примера я включу опцию «NTFS write support». Для этого, нажимая кнопку Вниз, найдите пункт «File systems» и нажмите Enter .
Вы окажетесь в меню настройки файловых систем. Найдите в этом списке пункт «DOS/FAT/NT Filesystems» и нажмите Enter .
Перейдите к пункту «NTFS write support» и нажмите Пробел, рядом с пунктом появится звездочка, означающая, что данная опция будет включена в ядро.
Теперь выберите «Exit» (нажав кнопку Вправо и затем Enter) и выйдите из утилиты. Перед выходом из утилиты выскочит сообщение с вопросом — сохранить проделанные изменения, выберите Yes.
Компиляция ядра
Пришло время скомпилировать ядро с теми изменениями, которые мы внесли на предыдущем шаге. Для начала выполним команду, которая удалит файлы (если они имеются), оставшиеся от предыдущей компиляции:
Sudo make-kpkg clean
Наконец, чтобы запустить компиляцию ядра, выполним команду:
Sudo make-kpkg --initrd --append-to-version=-mykernel kernel_image kernel_headers
Ключ -append-to-version используется, чтобы добавить к имени файла образа ядра, который мы получим после компиляции, строку -mykernel , чтобы было проще идентифицировать свое ядро. Вместо -mykernel вы можете использовать любой префикс.
Компиляция ядра занимает довольно много времени и может длиться от нескольких десятков минут до нескольких часов, в зависимости от мощности вашего компьютера.
Установка (инсталляция) ядра
После компиляции ядра вы получили на выходе два файла: linux-image-2.6.27.18-mykernel_2.6.27.18-mykernel-10.00.Custom_i386.deb, linux-headers-2.6.27.18-mykernel_2.6.27.18-mykernel-10.00.Custom_i386.deb. Мы воспользуемся командной dpkg -i , которая автоматически установит ядро и пропишет его в ваш загрузчик GRUB (в файл /boot/grub/menu.lst). Отмечу, что ядро будет установлено, как ядро по умолчанию, поэтому если оно у вас не загрузится вам нужно будет загрузиться, используя ваше предыдущее ядро (оно должно быть в списке меню GRUB при загрузке компьютера) и вручную изменять файл menu.lst . Итак, для установки ядра выполните команды:
Dpkg -i linux-image-2.6.27.18-mykernel_2.6.27.18-mykernel-10.00.Custom_i386.deb dpkg -i linux-headers-2.6.27.18-mykernel_2.6.27.18-mykernel-10.00.Custom_i386.deb
Запуск системы с новым ядром
Проверим работоспособность системы с новым ядром. Перезагрузите компьютер. В меню загрузчика GRUB вы должны будете увидеть новый пункт, соответствующей вашему новому ядру, которое должно загрузиться по умолчанию. Если все пройдет успешно, то система запустится с новым ядром.
Самым основным компонентом операционной системы Linux есть ядро. Именно ядро выступает промежуточным звеном между пользовательскими программами и оборудованием компьютера. Во всех бинарных дистрибутивах нам не нужно заботиться о сборке и настройке ядра, все уже сделали за нас разработчики дистрибутива. Но если мы хотим собрать свой дистрибутив сами или установить самую свежую версию ядра, нам придется собирать ядро вручную.
Первый вариант раньше был актуален для тех кто хотел получить максимальную производительность от своего оборудования, но сейчас, учитывая стремительное увеличение мощности компьютеров увеличение производительности при сборке ядра совсем незаметно. Сейчас сборка ядра может понадобиться пользователям не бинарных дистрибутивов, таких как Gentoo, тем, кто хочет внести некоторые изменения в ядро, получить новую самую свежую версию ядра и, конечно, же тем, кто хочет полностью разобраться в работе своей системы.
В этой инструкции мы рассмотрим как собрать ядро Linux. Первая часть расскажет как настроить ядро в автоматическом режиме. Так сказать, для тех кто не хочет разбираться как оно работает, кому нужно лишь получить на выходе готовый продукт - собранное ядро. Во второй части мы рассмотрим основные этапы ручной настройки ядра, это процесс сложный, и небыстрый, но я попытаюсь дать основу, чтобы вы могли со всем разобраться сами.
Самое первое что нужно сделать - это скачать исходники ядра. Исходники лучшие брать с сайта вашего дистрибутива, если они там есть или официального сайта ядра: kernel.org. Мы рассмотрим загрузку исходников с kernel.org.
Перед тем как скачивать исходники нам нужно определиться с версией ядра которую будем собирать. Есть две основных версии релизов - стабильные (stable) и кандидаты в релизы (rc), есть, конечно, еще стабильные с длительным периодом поддержки (longterm) но важно сейчас разобраться с первыми двумя. Стабильные это, как правило, не самые новые, но зато уже хорошо протестированные ядра с минимальным количеством багов. Тестовые - наоборот, самые новые, но могут содержать различные ошибки.
Итак когда определились с версией заходим на kernel.org и скачиваем нужные исходники в формате tar.xz:
В этой статье будет использована самая новая на данный момент нестабильная версия 4.4.rc7.
Получить исходники ядра Linux можно также с помощью утилиты git. Сначала создадим папку для исходников:
mkdir kernel_sources
Для загрузки самой последней версии наберите:
git clone https://github.com/torvalds/linux
Распаковка исходников ядра
Теперь у нас есть сохраненные исходники. Переходим в папку с исходниками:
cd linux_sources
Или если загружали ядро linux с помощью браузера, то сначала создадим эту папку и скопируем в нее архив:
mkdir linux_sources
cp ~/Downloads/linux* ~/linux_sources
Распаковываем архив с помощью утилиты tar:
И переходим в папку с распакованным ядром, у меня это:
cd linux-4.4-rc7/
Автоматическая настройка сборки ядра Linux
Перед тем как начнется сборка ядра linux, нам придется его настроить. Как я и говорил, сначала рассмотрим автоматический вариант настройки сборки ядра. В вашей системе уже есть собранное, настроенное производителем дистрибутива, и полностью рабочее ядро. Если вы не хотите разбираться с тонкостями конфигурации ядра, можно просто извлечь уже готовые настройки старого ядра и сгенерировать на их основе настройки для нового. Нам придется лишь указать значения для новых параметров. Учитывая, что в последних версиях не было и не намечается серьезных изменений можно отвечать на все эти параметры как предлагает скрипт настройки.
Параметры используемого ядра хранятся в архиве по адресу /proc/config.gz. Распакуем конфиг и поместим его в нашу папку утилитой zcat:
В процессе его работы нужно будет ответить на несколько вопросов. Это новые параметры, которые изменились или были добавлены в новое ядро и поддержка нового оборудования, в большинстве случаев можно выбирать вариант по умолчанию. Обычно есть три варианта y - включить, n - не включать, m - включить в качестве модуля. Рекомендованный вариант написан с большой буквы, для его выбора просто нажмите Enter.
На все про-все у вас уйдет около 10-ти минут. После завершения процесса, ядро готово к сборке. Дальше мы рассмотрим настройку ядра вручную, а вы можете сразу перелистать к сборке ядра Linux.
Ручная настройка ядра Linux
Ручная настройка - сложный и трудоемкий процесс, но зато она позволяет понять как работает ваша система, какие функции используются и создать ядро с минимально нужным набором функций под свои потребности. Мы рассмотрим только главные шаги, которые нужно выполнить чтобы ядро собралось и заработало. Со всем остальным вам придется разбираться самому опираясь на документацию ядра. Благо в утилите настройки для каждого параметра есть обширная документация которая поможет вам понять какие еще настройки нужно включить.
Начнем. Для запуска меню настроек ядра linux наберите:
Откроется вот утилита с интерфейсом ncurses:
Как видите, некоторые обязательные опции уже включены, чтобы облегчить вам процесс настройки. Начнем с самых основных настроек. Чтобы включить параметр нажмите y, чтобы включить модулем - m, для перемещения используйте клавиши стрелок и Enter, возвратиться на уровень вверх можно кнопкой Exit Откройте пункт General Setup .
Здесь устанавливаем такие параметры:
Local Version - локальная версия ядра, будет увеличиваться при каждой сборке на единицу, чтобы новые ядра при установке не заменяли собой старые, устанавливаем значение 1.
Automatically append version information to the version string - добавлять версию в название файла ядра.
Kernel Compression Mode - режим сжатия образа ядра, самый эффективный lzma.
Default Hostname - имя компьютера, отображаемое в приглашении ввода
POSIX Message Queues - поддержка очередей POSTIX
Support for paging of anonymous memory - включаем поддержку swap
Control Group support - поддержка механизма распределения ресурсов между группами процессов
Kernel .config support и Enable access to .config through /proc/config.gz - включаем возможность извлечь конфигурацию ядра через /proc/config.gz
Здесь все, возвращаемся на уровень вверх и включаем Enable loadable module support, эта функция разрешает загрузку внешних модулей,дальше открываем его меню и включаем:
Опять возвращаемся назад и открываем Processor type and features:
Processor family (Opteron/Athlon64/Hammer/K8) - выбираем свой тип процессора.
Опять возвращаемся и переходим в раздел File systems , тут установите все нужные галочки.
Обязательно включите The Extended 3 (ext3) filesystem и The Extended 4 (ext4) filesystem - для поддержки стандартных ext3 и ext4 файловых систем
Возвращаемся и идем в Kernel hacking.
Здесь включаем Magic SysRq key - поддержка магических функций SysRq, вещь не первой необходимости, но временами полезная.
Остался еще один пункт, самый сложный, потому что вам его придется пройти самому. Device Drivers - нужно пройтись по разделам и повключать драйвера для своего оборудования. Под оборудованием я подразумеваю нестандартные жесткие диски, мышки, USB устройства, веб-камеры, Bluetooth, WIFI адаптеры, принтеры и т д.
Посмотреть какое оборудование подключено к вашей системе можно командой:
После выполнения всех действий ядро готово к сборке, но вам, скорее всего, предстоит разобраться с очень многим.
Чтобы выйти нажмите пару раз кнопку Exit .
Сборка ядра Linux
После завершения всех приготовлений может быть выполнена сборка ядра linux. Для начала процесса сборки выполните:
make && make modules
Теперь можете идти пить кофе или гулять, потому что процесс сборки длинный и займет около получаса.
Установка нового ядра
Когда ядро и модули будут собраны новое ядро можно устанавливать. Можно вручную скопировать файл ядра в папку загрузчика:
cp arch/x86_64/boot/bzImage /boot/vmlinuz
А можно просто выполнить установочный скрипт, сразу установив заодно и модули:
sudo make install && sudo make modules_install
После установки не забудьте обновить конфигурацию загрузчика Grub:
grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg
И перезагружаем компьютер чтобы увидеть новое ядро в работе:
Выводы
Вот и все. В этой статье мы подробно рассмотрели как собрать ядро Linux из исходников. Это будет полезно всем желающим лучшие понять свою систему, и тем, кто хочет получить самую новую версию ядра в своей системе. Если остались вопросы, задавайте комментарии!
История и архитектурная организация
Поскольку цель данной статьи - познакомить вас с ядром Linux и дать обзор его архитектуры и основных компонентов, давайте начнем с краткого обзора истории ядра Linux, затем рассмотрим архитектуру ядра Linux "с высоты птичьего полета", и, наконец, обсудим его основные подсистемы. Ядро Linux насчитывает свыше шести миллионов строк, поэтому данное введение не может быть исчерпывающим. Для получения более подробной информации пользуйтесь ссылками на дополнительные ресурсы.
Краткий обзор истории Linux
Хотя Linux, по всей видимости, является самой популярной операционной системой с открытым исходным кодом, на самом деле ее история в сравнении с другими операционными системами относительно коротка. На заре компьютерной эры программисты разрабатывали свои программы для "голой" аппаратуры, используя языки, понятные для этой аппаратуры. В отсутствие операционной системы использовать всю большую и дорогую вычислительную машину в каждый конкретный момент времени могло только одно приложение (и один пользователь). Первые операционные системы были разработаны в 1950-е годы, чтобы облегчить жизнь разработчиков. В качестве примера можно назвать General Motors Operating System (GMOS), разработанную для IBM 701, и FORTRAN Monitor System (FMS), созданную North American Aviation для IBM 709.
В 1960-е годы в Массачусетском Технологическом институте (MIT) и в ряде компаний была разработана экспериментальная операционная система Multics (Multiplexed Information and Computing Service) для машины GE-645. Один из разработчиков этой ОС, компания AT&T, отошла от Multics и в 1970 году разработала свою собственную систему Unics. Вместе с этой ОС поставлялся язык C. При этом C был разработан и написан так, чтобы обеспечить переносимость разработки операционной системы.
Двадцать лет спустя Эндрю Танненбаум (Andrew Tanenbaum) создал микроядерную версию UNIX® под названием MINIX (minimal UNIX), которая могла работать на небольших персональных компьютерах. Эта операционная система с открытым исходным кодом вдохновила Линуса Торвальдса (Linus Torvalds) на разработку первой версии Linux в начале 1990-х (см. Рис. 1).
Рис. 1. Краткая история основных выпусков ядра Linux
Linux быстро превратился из инициативы энтузиаста-одиночки во всемирный проект, в котором участвуют тысячи разработчиков. Одним из важнейших решений в судьбе Linux стало принятие лицензии GNU General Public License (GPL). GPL защитила ядро Linux от коммерческой эксплуатации и одновременно открыла путь к использованию разработок сообщества пользователей проекта GNU, основанного Ричардом Столлменом (Richard Stallman), объемы кода которого значительно превосходят даже объем ядра Linux. Это позволило использовать в Linux такие полезные приложения, как комплекс компиляторов GNU Compiler Collection (GCC) и различные командные оболочки.
Введение в ядро Linux
Перейдем к общему обзору архитектуры операционной системы GNU/Linux. Операционную систему можно условно разделить на два уровня, как показано на Рис. 2.
Рис. 2. Фундаментальная архитектура операционной системы GNU/Linux
На верхнем уровне находится пользовательское пространство (пространство приложений). Здесь исполняются приложения пользователя. Под пользовательским пространством располагается пространство ядра. Здесь функционирует ядро Linux.
Имеется также библиотека GNU C (glibc). Она предоставляет интерфейс системных вызовов, который обеспечивает связь с ядром и дает механизм для перехода от приложения, работающего в пространстве пользователя, к ядру. Это важно, поскольку ядро и пользовательское приложение располагаются в разных защищенных адресных пространствах. При этом, в то время как каждый процесс в пространстве пользователя имеет свое собственное виртуальное адресное пространство, ядро занимает одно общее адресное пространство. Более подробную информацию можно найти в литературе, ссылки на которую приведены в разделе " ".
Ядро Linux можно, в свою очередь, разделить на три больших уровня. Наверху располагается интерфейс системных вызовов, который реализует базовые функции, например, чтение и запись. Ниже интерфейса системных вызовов располагается код ядра, точнее говоря, архитектурно-независимый код ядра. Этот код является общим для всех процессорных архитектур, поддерживаемых Linux. Еще ниже располагается архитектурно-зависимый код, образующий т.н. BSP (Board Support Package - пакет поддержки аппаратной платформы). Этот код зависит от процессора и платформы для конкретной архитектуры.
Свойства ядра Linux
Обсуждая архитектуру большой и сложной системы, можно рассматривать ее со многих разных точек зрения. Одна из целей архитектурного анализа может состоять в том, чтобы лучше понять исходный код системы. Именно этим мы здесь и займемся.
В ядре Linux реализован целый ряд важных архитектурных элементов. И на самом общем, и на более детальных уровнях ядро можно подразделить на множество различных подсистем. С другой стороны, Linux можно рассматривать как монолитное целое, поскольку все базовые сервисы собраны в ядре системы. Такой подход отличается от архитектуры с микроядром, когда ядро предоставляет только самые общие сервисы, такие как обмен информацией. ввод/вывод, управление памятью и процессами, а более конкретные сервисы реализуются в модулях, подключаемых к уровню микроядра. Каждая из этих точек зрения имеет свои достоинства, но я здесь не буду вдаваться в это обсуждение.
С течением времени ядро Linux стало более эффективным с точки зрения использования памяти и процессорных ресурсов и приобрело исключительную стабильность. Однако самый интересный аспект Linux, учитывая размер и сложность этой системы - это ее переносимость. Linux можно откомпилировать для огромного количества разных процессоров и платформ, имеющих разные архитектурные ограничения и потребности. Например, Linux может работать на процессоре как с блоком управления памятью (MMU), так и без MMU. Поддержка процессоров без MMU реализована в версии ядра uClinux. Более подробную информацию см. в разделе " ".
Основные подсистемы ядра Linux
Давайте рассмотрим некоторые основные компоненты ядра Linux, следуя структуре, изображенной на рис. 3.
Рис. 3. Один из возможных взглядов на архитектуру ядра Linux
Интерфейс системных вызовов
SCI - это тонкий уровень, предоставляющий средства для вызова функций ядра из пространства пользователя. Как уже говорилось, этот интерфейс может быть архитектурно зависимым, даже в пределах одного процессорного семейства. SCI фактически представляет собой службу мультиплексирования и демультиплексирования вызова функций. Реализация SCI находится в./linux/kernel, а архитектурно-зависимая часть - в./linux/arch. Более подробные сведения об этом компоненте можно найти в разделе .
Управление процессами
Управление процессами сконцентрировано на исполнении процессов. В ядре эти процессы называются потоками (threads); они соответствуют отдельным виртуализованным объектам процессора (код потока, данные, стек, процессорные регистры). В пространстве пользователя обычно используется термин процесс , хотя в реализации Linux эти две концепции (процессы и потоки) не различают. Ядро предоставляет интерфейс программирования приложений (API) через SCI для создания нового процесса (порождения копии, запуска на исполнение, вызова функций Portable Operating System Interface ), остановки процесса (kill, exit), взаимодействия и синхронизации между процессами (сигналы или механизмы POSIX).
Еще одна задача управления процессами - совместное использование процессора активными потоками. В ядре реализован новаторский алгоритм планировщика, время работы которого не зависит от числа потоков, претендующих на ресурсы процессора. Название этого планировщика - O(1) - подчеркивает, что на диспетчеризацию одного потока затрачивается столько же времени, как и на множество потоков. Планировщик O(1) также поддерживает симметричные многопроцессорные конфигурации (SMP). Исходные коды системы управления процессами находятся в./linux/kernel, а коды архитектурно-зависимой части - в./linux/arch). Более подробную информацию об этом алгоритме см. в разделе .
Управление памятью
Другой важный ресурс, которым управляет ядро - это память. Для повышения эффективности, учитывая механизм работы аппаратных средств с виртуальной памятью, память организуется в виде т.н. страниц (в большинстве архитектур размером 4 КБ). В Linux имеются средства для управления имеющейся памятью, а также аппаратными механизмами для установления соответствия между физической и виртуальной памятью.
Однако управление памятью - это значительно больше, чем просто управление буферами по 4 КБ. Linux предоставляет абстракции над этими 4 КБ буферами, например, механизм распределения slab allocator. Этот механизм управления базируется на 4 КБ буферах, но затем размещает структуры внутри них, следя за тем, какие страницы полны, какие частично заполнены и какие пусты. Это позволяет динамически расширять и сокращать схему в зависимости от потребностей вышележащей системы.
В условиях наличия большого числа пользователей памяти возможны ситуации, когда вся имеющаяся память будет исчерпана. В связи с этим страницы можно удалять из памяти и переносить на диск. Этот процесс обмена страниц между оперативной памятью и жестким диском называется подкачкой . Исходные коды управления памятью находятся в./linux/mm.
Виртуальная файловая система
Еще один интересный аспект ядра Linux - виртуальная файловая система (VFS), которая предоставляет общую абстракцию интерфейса к файловым системам. VFS предоставляет уровень коммутации между SCI и файловыми системами, поддерживаемыми ядром (см. Рис. 4).
Рис. 4. VFS предоставляет коммутационную матрицу между пользователями и файловыми системами
На верхнем уровне VFS располагается единая API-абстракция таких функций, как открытие, закрытие, чтение и запись файлов. На нижнем уровне VFS находятся абстракции файловых систем, которые определяют, как реализуются функции верхнего уровня. Они представляют собой подключаемые модули для конкретных файловых систем (которых существует более 50). Исходные коды файловых систем находятся в./linux/fs.
Ниже уровня файловой системы находится кэш буферов, предоставляющий общий набор функций к уровню файловой системы (независимый от конкретной файловой системы). Этот уровень кэширования оптимизирует доступ к физическим устройствам за счет краткосрочного хранения данных (или упреждающего чтения, обеспечивающего готовность данных к тому моменту, когда они понадобятся). Ниже кэша буферов находятся драйверы устройств, реализующие интерфейсы для конкретных физических устройств.
Сетевой стек
Сетевой стек по своей конструкции имеет многоуровневую архитектуру, повторяющую структуру самих протоколов. Вы помните, что протокол Internet Protocol (IP) - это базовый протокол сетевого уровня, располагающийся ниже транспортного протокола Transmission Control Protocol, TCP). Выше TCP находится уровень сокетов, вызываемый через SCI.
Уровень сокетов представляет собой стандартный API к сетевой подсистеме. Он предоставляет пользовательский интерфейс к различным сетевым протоколам. Уровень сокетов реализует стандартизованный способ управления соединениями и передачи данных между конечными точками, от доступа к "чистым" кадрам данных и блокам данных протокола IP (PDU) и до протоколов TCP и User Datagram Protocol (UDP). Исходные коды сетевой подсистемы ядра находятся в каталоге./linux/net.
Драйверы устройств
Подавляющее большинство исходного кода ядра Linux приходится на драйверы устройств, обеспечивающие возможность работы с конкретными аппаратными устройствами. В дереве исходных кодов Linux имеется подкаталог драйверов, в котором, в свою очередь, имеются подкаталоги для различных типов поддерживаемых устройств, таких как Bluetooth, I2C, последовательные порты и т.д. Исходные коды драйверов устройств находятся в./linux/drivers.
Архитектурно-зависимый код
Хотя основная часть Linux независима от архитектуры, на которой работает операционная система, в некоторых элементах для обеспечения нормальной работы и повышения эффективности необходимо учитывать архитектуру. В подкаталоге./linux/arch находится архитектурно-зависимая часть исходного кода ядра, разделенная на ряд подкаталогов, соответствующих конкретным архитектурам. Все эти каталоги в совокупности образуют BSP. В случае обычного настольного ПК используется каталог i386. Подкаталог для каждой архитектуры содержит ряд вложенных подкаталогов, относящихся к конкретным аспектам ядра, таким как загрузка, ядро, управление памятью и т.д. Исходные коды архитектурно-зависимой части находятся в./linux/arch.
Помимо переносимости и эффективности, ядро Linux обладает целым рядом других интересных функций, которые не были освещены в вышеприведенном рассмотрении.
Linux, как широко используемая на практике операционная система с открытым исходным кодом, является отличной испытательной площадкой для новых протоколов и их усовершенствований. Linux поддерживает большое количество сетевых протоколов, включая традиционный TCP/IP и его высокоскоростные расширения (для сетей быстрее Gigabit Ethernet и 10 GbE). Linux также поддерживает такие протоколы, как Stream Control Transmission Protocol (SCTP), реализующий множество дополнительных функций, отсутствующих в TCP (применяется в качестве альтернативного протокола транспортного уровня).
Следует отметить, что ядро Linux является динамическим (поддерживает добавление и удаление программных компонентов без остановки системы). Эти компоненты называются динамически загружаемыми модулями ядра. Их можно вводить в систему при необходимости, как во время загрузки (если найдено конкретное устройство, для которого требуется такой модуль), так и в любое время по желанию пользователя.
Еще одно недавнее усовершенствование Linux - возможность ее использования в качестве операционной системы для других операционных систем (т.н. гипервизора). Недавно в ядро было внесено усовершенствование, получившее название Kernel-based Virtual Machine (KVM, виртуальная машина на базе ядра). В результате этой модификации в пространстве пользователя был реализован новый интерфейс, позволяющий исполнять поверх ядра с поддержкой KVM другие операционные системы. В таком режиме можно не только исполнять другие экземпляры Linux, но и виртуализовать Microsoft® Windows®. Единственное ограничение состоит в том, что используемый процессор должен поддерживать новые инструкции виртуализации. Более подробную информацию см. в разделе .
Дальнейшее изучение
В этой статье мы лишь в самых общих чертах рассказали об архитектуре ядра Linux и его особенностях и возможностях. Подробную информацию о содержимом ядра можно найти в каталоге с документацией, который имеется в любом дистрибутиве Linux. Обязательно ознакомьтесь с разделом в конце данной статьи, где имеются ссылки на более подробную информацию по многим обсуждаемым здесь темам.
Сборка ядра Linux
Здравствуйте, уважаемые читатели. Сегодня я расскажу о таком интересном занятии как сборка ядра Linux
. Зачем может понадобиться самостоятельно собирать ядро? На самом деле причин может быть множество: необходимость задействовать дополнительные возможности ядра, оптимизировать ядро под ваш компьютер, обновить ядро до самой свежей версии. В этой статье я продемонстрирую процесс получения исходных кодов, настройки, компиляции и установки в систему ядра Linux, в рамках решения задачи включения в ядро поддержки cryptoloop(петлевые шифрующие устройства).
Получение исходного кода
В первую очередь мы должны получить исходный код, это можно сделать разными способами и из разных источников. Я предлагаю рассмотреть только два: системные репозитории, официальный сайт ядра. В репозиториях, скорее всего, будут версии ядра более старые чем он официальном сайте, но в эти исходники должны быть включены патчи и исправления от производителя вашего дистрибутива Linux. Такой подход предпочтительнее если вы не нуждаетесь в какой-то новой технологии или возможности, которая поддерживается только более новыми ядрами. Просмотреть все версии исходников ядра, которые содержатся в репозиториях вашей системы, вы можете введя в терминале(справедливо для Ubuntu Linux, в других дистрибутивах название пакета может отличаться):
Apt-cache search linux-source
Команда выведет список доступных пакетов:
Как видите, у меня есть только пакет с текущей версией и пакет с версией 3.5 (на самом деле текущая версия ядра тоже 3.5). Расширить список ядер, доступных таким образом, стоит подключить дополнительные репозитории. Получить ядро мы можем командой: sudo apt-get install linux-source
linux-source - имя пакета с исходным кодом, в вашем случае может быть другим.
После завершения работы команды в директории /usr/src появится файл, в моем случае - linux-source-3.5.0.tar.bz2. Перейдем в папку, распакуем архив и ради удобства создадим символическую ссылку:
Cd /usr/src sudo tar -xjvf linux-source-3.5.0.tar.bz2 sudo ln -s linux-source-3.5.0 linux
Если же вам нужна самая свежая версия ядра, то её всегда можно скачать с сайта kernel.org. Стоит заметить, что на сайте выкладываются как стабильные версии ядер так и версии предназначенные для тестирования и доработки(обычно в их названии есть содержится аббревиатура «RC» - Release candidate). Если вы не желаете лишних проблем с системой, советую скачивать стабильную версию:
Сохраним архив с исходниками в папку /usr/src. Чтобы распаковать полученный архив вам может понадобиться установить дополнительные утилиты:
Sudo apt-get install xz-utils
Теперь, как и в случае с загрузкой ядра из репозиториев, мы должны распаковать архив с исходниками и создать ссылку:
Cd /usr/src sudo tar -xpJf linux-3.8.5.tar.xz sudo ln -s linux-3.8.5.tar.xz linux
Конфигурация и компиляция.
Вот мы и подошли к самому интересному. Прежде чем начать, установим несколько дополнительных пакетов:
sudo apt-get install build-essential kernel-package libncurses-dev
Будем создавать новую конфигурацию, на основе используемого системой в данный момент ядра:
Cd /usr/src/linux sudo make oldconfig
Если вы конфигурируете более новую версию ядра чем есть в системе, то вполне вероятно что в ней появились параметры, которых нет в конфигурации нынешнего ядра. В таком случае программа будет просит сделать выбор вас, вы можете оставлять значения по умолчанию просто нажимая клавишу Enter. В любом случае конфигурирование ещё не завершено. Теперь мы можем выполнить нужные нам настройки через меню создания конфигурации:
Sudo make menuconfig
В терминале запустится программа конфигурирования:
Здесь параметры конфигурации разделены на разделы, чтобы в них было удобнее ориентироваться. Как я уже говорил выше, мне нужно включить в ядро поддержку cryptoloop. Для этого нужно перейти в раздел «Device Drivers», а из него в подраздел «Block Devices»:
Находим параметр «Cryptoloop Support», рядом с ним стоит буква «М» что означает что поддержка шифрующих устройств будет добавлена как модуль ядра, который можно будет включить командой modprobe. Нам же надо включить поддержку данной технологии непосредственно в ядро, чтобы она поддерживалась всегда. Переводим фокус на параметр «Cryptoloop Support» и нажимаем на пробел. Буква «М» должна смениться символом "*" это означает что поддержка данной технологии будет «вшита» в ядро. Осторожно, пробел означает что технология вообще поддерживаться не будет.
Нажимаем клавишу «Tab» и нажимаем на кнопку «Exit» до тех пор пока не появится запрос на сохранение изменений:
Отвечаем «Yes». Мы успешно закончили конфигурирование!
Приступим к компиляции. Сначала удаляем файлы оставшиеся от предыдущих сборок, если вы запускаете сборку впервые выполнять эту команду не обязательно: sudo make-kpkg clean
Запускаем компиляцию:
Sudo make-kpkg -j4 --initrd --append-to-version=-mykernel kernel_image kernel_headers
J4 - флаг, указывает какое количество потоков использовать для компиляции. Позволит сильно ускорить компиляцию на многоядерных процессорах. Цифра 4 тут указывает на 4 потока. Ставьте столько потоков сколько ядер вашего процессора «видит» система.
-mykernel - префикс указывающий что ядро было собрано вручную, можете его изменить, фактически ни на что не влияет.
Вот и начался процесс компиляции. Он может занять от 10 минут, до нескольких часов в зависимости от того насколько мощный у вас компьютер:
После завершения компиляции, в директории /usr/src должны появится два файла с расширением «deb» они являются установочными пакетами нашего нового ядра и установить их можно с помощью утилиты dpkg:
sudo dpkg -i linux-image-3.8.5-mykernel_3.8.5-mykernel-10.00.Custom_i386.deb
sudo dpkg -i linux-headers-3.8.5-mykernel_3.8.5-mykernel-10.00.Custom_i386.deb
Поздравляю! Ядро установлено, теперь система будет загружаться с этим ядром по умолчанию, но если у вас возникнут проблемы с новым ядром вы всегда можете загрузится со старым выбрав его на экране загрузки - Grub. На этом я завершаю сегодняшнюю статью и желаю успехов, вам, уважаемые читатели!
Сегодня постараюсь максимально понятно и сжато рассказать о управлении ядром Linux/UNIX. В теме постараюсь разобрать, как: с помощью шелла получать информацию о ядре и модулях ядра, загружать и удалять модули ядра в ходе работы, узнать, нужен ли вообще подключенный/отключенный модуль, настраивать операционную систему для загрузки необходимых модулей.
Общая информация
Просмотреть список подключенных модулей в данный момент возможно с помощью команды :
Print-server:/tmp/123# lsmod Module Size Used by ipv6 235396 10 loop 12748 0 parport_pc 22500 0 parport 31084 1 parport_pc snd_pcm 62660 0 snd_timer 17800 1 snd_pcm snd 45636 2 snd_pcm,snd_timer soundcore 6368 1 snd snd_page_alloc 7816 1 snd_pcm psmouse 32336 0 serio_raw 4740 0 pcspkr 2432 0 i2c_piix4 7216 0 i2c_core 19828 1 i2c_piix4 ac 4196 0 button 6096 0 evdev 8000 0 ext3 105576 5 jbd 39476 1 ext3 mbcache 7108 1 ext3 sd_mod 22200 7 ide_cd_mod 27684 0 cdrom 30176 1 ide_cd_mod ata_generic 4676 0 ahci 23596 6 libata 140448 2 ata_generic,ahci scsi_mod 129548 2 sd_mod,libata dock 8304 1 libata e1000 102656 0 piix 6568 0 ide_pci_generic 3908 0 ide_core 96168 3 ide_cd_mod,piix,ide_pci_generic thermal 15228 0 processor 32576 1 thermal fan 4196 0 thermal_sys 10856 3 thermal,processor,fan
В приведенном примере видно, что в системе загружено множество модулей. Большинство из них поставляются вместе с ядром и имеют свободную лицензию. Бывают так же модули и проприетарные (например драйвера видеоадаптеров NVIDIA). Соответственно, модульный подход позволяет включать в ядро несвободные компоненты, если проприетарная лицензия позволяет это, что избавляет от необходимости получать данные модули от производителя железа.
В примере также можно видеть, что соответствующими модулями осуществляется поддержка таких устройств как видео, SATA, SCSI, дискеты и звуковые карты, а также сетевые устройства, например, IPV6, поддержка файловых систем, такой как ext3, и Remote Procedure Call (RPC) компании Sun.
Помимо имени модуля , команда lsmod показывает также размер, число пользователей модуля и имена пользователей.
Команда modinfo выдает информацию об одном или нескольких модулях.
Kernel-server:/tmp/123$ /sbin/modinfo ipv6 filename: /lib/modules/2.6.26-2-686/kernel/net/ipv6/ipv6.ko alias: net-pf-10 license: GPL description: IPv6 protocol stack for Linux author: Cast of dozens depends: vermagic: 2.6.26-2-686 SMP mod_unload modversions 686
В приведенном примере видно, что команда modinfo показывает информацию о модуле ipv6, которая включает такие параметры как имя файла и путь, лицензия, описание, автор модуля и др. Параметры модуля могут различаться в зависимости от модуля.
Отдельно хотелось бы затронуть параметр filename, содержащий путь к файлу модуля и имя файла. Имя файла модуля ipv6 оканчивается на .ko , это говорит нам, что данный модуль относится к версии ядра 2.6 . В более ранней версии ядра - 2.4 , имена модулей оканчивались на .o ). Как видно, модуль расположен в подкаталогах каталога /lib/modules/2.6.26-2-686/, в данном пути, каталог 2.6.26-2-686 соответствует версии ядра (а так же выводу команды uname -r, что активно используется в написании скриптов). Структура подкаталогов указанного каталога отражает взаимосвязь модулей ядра и назначения модулей, думаю пример ниже это наглядно покажет:
Kernel-server:/tmp/123# ls -l /lib/modules/2.6.26-2-686/kernel/ итого 12 drwxr-xr-x 3 root root 1024 Окт 1 15:40 arch drwxr-xr-x 3 root root 4096 Окт 1 18:02 crypto drwxr-xr-x 54 root root 1024 Окт 1 15:40 drivers drwxr-xr-x 51 root root 3072 Окт 1 18:02 fs drwxr-xr-x 6 root root 1024 Окт 1 18:02 lib drwxr-xr-x 37 root root 1024 Окт 1 15:40 net drwxr-xr-x 11 root root 1024 Окт 1 18:02 sound
В примере видно, что модули ядра расположены по подкаталогам: fs , что наводит на мысль, что тут расположены модули файловой системы, sound - модули звуковых карт и так далее.
Как же нам узнать, какие модули ядра нужны , а какие можно удалить?
А все просто: если счетчик Used By равен нулю, то модуль ядра никем и ничем не используется. Соответственно, его можно удалить.
Удаление модуля ядра происходит командой rmmod module_name .
Удаленный модуль может понадобиться в процессе работы, для загрузки модуля необходимо выполнить команду: insmod /path/to/module.ko
Интересный пример использования insmod в купе с другими командами:
# uname -r 2.6.27-ovz-smp-alt9 # insmod /lib/modules/`uname -r`/kernel/drivers/block/floppy.ko # rmmod floppy # modinfo -F filename floppy /lib/modules/2.6.27-ovz-smp-alt9/kernel/drivers/block/floppy.ko # insmod $(modinfo -F filename floppy) # lsmod | grep floppy floppy 58244 0
Существует так же и другая команда для управления модулями : . Особенность данной команды в том, что она удаляет/добавляет модули с учетом зависимостей между модулями (зависимости между модулями прописаны в файле /lib/modules/версия/modules.dep ). Пример использования:
# modprobe -r vfat vfat: Device or resource busy # lsmod | grep fat vfat 13132 1 fat 38744 1 # umount /windows/D # modprobe -r vfat # modprobe -v --show vfat /sbin/insmod /lib/modules/2.4.21-37.0.1.EL/kernel/fs/fat/fat.o /sbin/insmod /lib/modules/2.4.21-37.0.1.EL/kernel/fs/vfat/vfat.o # lsmod | grep fat # modprobe -v vfat /sbin/insmod /lib/modules/2.4.21-37.0.1.EL/kernel/fs/fat/fat.o Using /lib/modules/2.4.21-37.0.1.EL/kernel/fs/fat/fat.o Symbol version prefix "" /sbin/insmod /lib/modules/2.4.21-37.0.1.EL/kernel/fs/vfat/vfat.o Using /lib/modules/2.4.21-37.0.1.EL/kernel/fs/vfat/vfat.o # lsmod | grep fat vfat 13132 0 (unused) fat 38744 0
Как уже выше было сказано, модули ядра имеют зависимости друг от друга, которые прописаны в файле /lib/modules/версия/modules.dep. Данный файл формируется командой depmod , которая при выполнении просматривает структуру каталогов /lib/modules/текущая_версия_ядра/ и формирует информацию о зависимостях.
Так же хочу отметить, что в Linux существует конфигурационный файл /etc/modules.conf, к которому обращается и modprobe и debmod . Данный файл в большинстве своем используется для корректировки алиасов модулей. Некоторые ОС используют другие конфигурационные файлы, таки как /etc/modprobe.conf или каталог с конфигурационными файлами - /etc/modprobe.d/.
Еще отличным источником информации о действующем ядре Linux является , который расположен в /boot/config-2.6.... Используя можно получить достаточно информации (например, поддерживает ли ядро файловую систему cifs):
Samba-server:~# grep CONFIG_SMB_FS /boot/config-2.6.32-5-686 # CONFIG_SMB_FS is not set samba-server:~# grep CONFIG_CIFS /boot/config-2.6.32-5-686 CONFIG_CIFS=m # CONFIG_CIFS_STATS is not set CONFIG_CIFS_WEAK_PW_HASH=y CONFIG_CIFS_UPCALL=y CONFIG_CIFS_XATTR=y CONFIG_CIFS_POSIX=y # CONFIG_CIFS_DEBUG2 is not set CONFIG_CIFS_DFS_UPCALL=y CONFIG_CIFS_EXPERIMENTAL=y
На сегодня все. Как всегда - буду очень рад Вашим комментариям! В мы научимся собирать свое ядро.
С Уважением, Mc.Sim!
