Собираем своё собственное ядро Linux. Почему ядро ​​Linux называется «образ»

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!

В многочисленном семействе операционных систем на основе GNU/Linux. Наверняка вы слышали, что оные коды являются открытыми, свободно распространяемыми и бесплатными. Дескать, бери кто хочешь, но только условия лицензии GPL соблюдай, что совсем нетрудно. Однако мало кто объясняет достаточно внятно, в чём же суть данного явления, в чём его смысл. Поэтому попытку такого объяснения осуществим мы.

Суть вкратце

Всё началось в 1991-м, когда финский студент Линус Торвальдс выложил в открытый доступ коды ядра новой операционной системы Linux. Почему в открытый? Потому что поддерживал . Но это, вы, пожалуй, и так знаете (или легко узнаете). Мы же обратим внимание на моменты, которые требуют чёткой классификации.

Linux

Linux - это не операционная система, а всего лишь ядро. Набор программных решений, необходимых для запуска компьютера и функционирования его компонентов («железа»), база для функционирования других программ.

GNU

GNU - комплект простых приложений, существовавший ещё до появления вышеуказанного ядра. Эти программы позволяют человеку осуществлять хоть какое-то взаимодействие с компьютером, а не просто пялиться в экран. Исходные коды тоже открыты, естественно.

GNU/Linux - это уже ОС, а не просто ядро. Вместо GNU может быть что-то другое, например, Dalvik в Android .

Драйверы

Техника развивается, растёт количество компьютерных «железок», оборудование эволюционирует. И каждому изделию для работы нужен драйвер. Так вот, некоторые драйверы прикручиваются прямо к ядру. Если они свободные (Свободное ПО), как GNU и Linux, то и коды непременно открыты.

Ну а когда подходящих свободных драйверов нет, тогда уж ничего не поделаешь, доводится устанавливать проприетарные. Открыты ли их коды, сие зависит только от производителей «железа».

Приложения

Пользовательские приложения, относящиеся к категории Open Source, нередко изготавливаются в вариантах для разных операционных систем. Они не являются частью Linux. Правда, некоторые бывают стандартными для того или иного дистрибутива или графической оболочки, но в состав ядра не входят.

Естественно, открыты коды всех вариантов - для всех поддерживаемых операционных систем. Та же самая ситуация - с различными утилитами.

Кто это изготавливает

Ядро Linux совершенствуется группой энтузиастов. Иногда сам Линус Торвальдс принимает участие. Код ядра, запакованный в архив, можно скачать с kernel.org с целью последующей самостоятельной компиляции.

Драйверы, если они свободные, тоже нередко изготавливаются сообществами. Для принтера, сканера, видеокарты, адаптера Wi-Fi... В общем, много для чего.

К примеру, пакет Gutenprint, являющийся целым набором драйверов для множества моделей принтеров. Причём, качество печати нередко сравнимо с показателями, выдаваемыми при использовании «родных» драйверов от производителей.

Иногда производители «железки» сами открывают код под какой-нибудь подходящей лицензией, той же GPL или BSD. Такие события обычно вызывают неописуемую радость сторонников Open Source.

Как вы уже догадываетесь, пользовательские приложения тоже создаются либо сообществами, либо энтузиастами-одиночками. Однако и коммерческие конторы любят рекламировать себя, давая народонаселению часть своей продукции в виде Свободного ПО. Яркий пример: офисный пакет OpenOffice.org долгое время выпускался компанией Oracle.

Более того, некоторые фирмы даже целые дистрибутивы делают. Red Hat, SuSE, Xandros берут деньги за бинарные сборки, готовые к употреблению, но коды прятать не имеют право. То есть, эти коды, как бы их ни переработали, должны оставаться открытыми. Таково требование лицензии GPL.

Кто этим пользуется

Смотрит программист на софт и думает: «Хорошая штука, но можно сделать лучше!» Качает с сайта разработчика архив с кодом - и совершенствует. К нему присоединяется группа специалистов, пожелавших участвовать, - и рождается новый проект.

Так появляются «форки» (от английского «fork», что в данном случае переводится как «ответвление»). Новые программы на кодовой базе уже существующих.

К примеру, из хорошего аудиоплеера Amarok сделан ещё лучший - Clementine. А из пакета офисных приложений OpenOffice.org - LibreOffice, бурно развивающийся и весьма перспективный.

Так вот, по такому принципу клонируются целые операционные системы. Из исходных кодов платной Red Hat Enterprise Linux компилируется бесплатная ОС CentOS . Конечно, боссы компании Red Hat наверняка кусают локти от досады, но сделать ничего не могут, поскольку исходный код им не принадлежит.

Впрочем, в данном случае доработка сводится преимущественно к вырезанию зарегистрированных логотипов, но без обязательной открытости кода само существование CentOS было бы невозможно в принципе.

Заключение

Открытость кода - основополагающая концепция и Linux, в частности, и всего Свободного ПО в целом. Коды можно использовать для собственных проектов, усилиями сообщества проверять на безвредность, изучать, повышать свою квалификацию, участвуя в разработке, улучшать и оказывать помощь людям в их благородном деле.

Нет бинарной сборки важного для вас софта для конкретного дистрибутива GNU/Linux ? Драйвер не входит в состав ядра? Взяли архив с исходным кодом, распаковали, почитали инструкции по сборке, откомпилировали, установили - и пользуйтесь. Вы не зависите от производителя, не привязаны к конкретной операционной системе - это и есть настоящая свобода.

Предыдущие публикации:

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:

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!

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.

Состоящее почти из 20 миллионов строк кода ядро Linux является одним из самых крупных Opensource проектов в мире.

Что такое ядро

Ядро представляет собой нижний уровень программного обеспечения, которое взаимодействует с оборудованием компьютера. Оно отвечает за взаимодействие всех приложений, которые работают в т.н. «пользовательском режиме» с физическим оборудованием и позволяет процессам передавать информацию друг другу с помощью (IPC ).

Типы ядер

Имеется три основных типа ядер — монолитные (monolithic ), микроядра (microkernel ) и гибридные (hybrid ).

К примеру Linux является монолитным ядром, тогда как OS X и Windows используют гибридные ядра.

Microkernel

Микроядра занимаются управлением только CPU, памятью и IPC. Практически все остальное в компьютере может рассматриваться как дополнительное оборудование и может обслуживаться в пользовательском режиме. Микроядра имеют большую переносимость, т.к. вам не приходиться беспокоиться если вы задумали сменить видеокарту или даже всю операционную систему — если новая ОС работает с оборудованием так же, как и предыдущее. Микроядра так же требуют меньше дискового простанства и RAM. Кроме того — они могут считаться более безопасными в силу того, что большая часть процессов работает в режиме пользователя и не имеет доступа к критически важным частям ситемы.

Плюсы

• переносимость
• меньший размер занимаемой RAM и на жестком диске
• безопасность

Минусы

• в целом система может работать медленнее из-за дополнительных слоев программной абстракции между ядром и оборудованием
• процессы могут тратить время на ожидание в очереди для получения информации

Monolithic ядра

Монолитные ядра являются противоположностью микроядрам, так как охватывают не только управление процессором, памятью и IPC — но так же включают в себя драйвера устройсв, управление файловыми системами и системными вызовами. Монолитные ядра имеют преимущество в скорости доступа к оборудованию и работе в многозадачном режиме, так как если программе требуется получить информацию из памяти или от другого процесса — она может получить его напрямую и не тратить время в очереди на ожидание ответа. С другой стороны это вызывает и определенные сложности, так как большее количество процессов работает в режиме ядра, что может привести к краху всей системы из-за проблем с одним из них.

Плюсы

• более быстрый доступ процессов к оборудованию
• проще связь между самими процессами
• проще реализация поддержки оборудования без необходимости установки дополнительных драйверов
• процессы взаимодействуют быстрее, так как не требуется ожидание в очереди

Минусы

• больший объем занимаемой памяти и жесткого диска
• больше проблем с безопасностью

Гибридные ядра

Гибридные ядра ядра могут сами определять — какую часть выполнять в режиме пользователя, а какую — в режиме ядра. Как правило — в режиме пользователя работают драйвера устройств и системы ввода-вывода, тогда как системные вызовы обслуживаются в режиме ядра. Этот подход сочетает в себе преимущества как монолитных, так и микроядер — однако и требует больше внимания со стороны производителей оборудования, так как работа драйверов зависят от них. Кроме того — этот подход может иметь некоторые проблемы быстродействия, унаследованные от микроядерной архитектуры.

Плюсы

• разработчик может выбирать что запускать в режиме ядра — а что в режиме пользователя
• меньший размер по сравнению с монолитными ядрами
• более гибкое, чем другие типы

Минусы

• возможны недостатки в производительности
• установка драйверов устройств зависит от пользователя и производителя оборудования

Файлы ядра Linux

В большинстве GNU/Linux -систем файлы ядра располагаются в каталоге /boot , например CentOS 6:

# ls -l /boot/ | grep linu -rwxr-xr-x 1 root root 4221232 Dec 15 23:48 vmlinuz-2.6.32-573.12.1.el6.x86_64 -rwxr-xr-x 1 root root 4221968 Feb 10 01:15 vmlinuz-2.6.32-573.18.1.el6.x86_64 -rwxr-xr-x 1 root root 4221776 Aug 14 2015 vmlinuz-2.6.32-573.3.1.el6.x86_64 -rwxr-xr-x 1 root root 4220144 Sep 23 01:29 vmlinuz-2.6.32-573.7.1.el6.x86_64 -rwxr-xr-x 1 root root 4220368 Nov 10 20:31 vmlinuz-2.6.32-573.8.1.el6.x86_64

Файл с vmlinuz в имени и есть файл ядра. Имя vmlinuz пришло из мира UNIX , в котором c 60-годов файл ядра назывался просто unix . Когда Linus Torvalds начал разработку Linux в 90-х — он назвал его просто linux .

Когда появилась реализация виртуальной памяти — к имени linux была добавлена приставка « vm » (virtual memory ). Так какое-то время файл ядра назывался просто vmlinux , однако рамзер файла постоянно увеличивался и со временем его стали сжимать а последняя буква в имени была заменена c x на z (zlib compression ). Ядро так же зачастую сжимается с помощью LZMA или BZIP2 и некоторые ядра называются просто zImage .

В каталоге /boot так же находятся файлы initrd.img-version (или initramfs-version), System.map-version и config-version . Файл initrd.img-version используется для первоначальной загрузки системы, во время которой распаковывается и загружается само ядро. Файл System.map используется для управления памятью перед загрузкой смого ядра, а файл config содержит в себе параметры ядра и список модулей для загрузки в ядро во время его компиляции.

Архитектура ядра Linux

Так как ядро Linux является монолитным — оно является самым большим и сложным по сравнению с другими типами ядер. Что бы нивелировать эти недостатки — разработчики ядра добавили возможность работы ядра с модулями, которые могут быть загружены в него во время работы без необходимости перезагрузки всей системы.

Модули ядра Linux

Что если бы Windows изначально содержило в себе все необходимые драйвера, и все что требовалось бы от пользователя — это просто включить некоторые из них?

Именно так и работают модули Linux , которые так же называют (LKM ) и которые жизненно необходимы для того, что бы ядро имело возможность взаимодейтсвовать со всем оборудованием компьютера и при этом не занимать всю его память.

Как правило — модули расширяют возможности ядра для работы с устройствами, файловыми системами и системными вызовами. LKM имеют рсширение файлов.ko:

# find /lib/modules/2.6.32-573.18.1.el6.x86_64/kernel/ -name "*.ko" -type f | wc -l 2033

Благодаря модульной структуре — вы можете настраивать ядро под себя, выбирая только необходимые модули в menuconfig , отредактировав файл /boot/config* или загружая и выгружая модули прямо во время работы с помощью утилит типа modprobe , insmod и rmmod .

Ядро не является чем-то волшебным, но является жизненно необходимым для работы любого компьютера. Ядро Linux отличается от ядер в Windows или OS X системах, так как включает в себя драйвера на уровне ядра системы и поддерживает многие возможности «из коробки».