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.
В данном пошаговом руководстве вы узнаете, как правильно собрать и установить ядро ветвей >2.6 в семействе ОС Ubuntu.
Шаг 1. Получение исходного кода ядра
Исходники ядра Ubuntu можно получить двумя способами :
Установив архив из репозитория, с автоматическим наложением последних официальных патчей. При этом скачается пакет размером ~150 Мб в текущую папку. Чтобы получить исходники ядра, версия которого установлена на компьютере выполните команду: apt-get source linux-image-`uname -r`
Или вместо `uname -r` можно указать конкретную версию из имеющихся в репозитории.
Список имеющихся в репозитории версий можно увидеть набрав команду: «apt-get source linux-image-» и, не нажимая Enter , нажать два раза клавишу Tab .
Не забудьте включить общий доступ к исходникам в репозитории (Параметры системы → Программы и обновления → Программное обеспечение Ubuntu → Исходный код). Из консоли это сделать можно раскомментировав строки начинающиеся с deb-src в файле /etc/apt/sources.list, а затем выполнить обновление командой: «sudo apt-get update».
Самая свежая версия ядра доступна по git . Размер скачиваемого пакета ~500-800 Мб. git clone git://kernel.ubuntu.com/ubuntu/ubuntu-
Где
Git clone git://kernel.ubuntu.com/ubuntu/ubuntu-xenial.git
Другие ядра
Также существуют ядра, работоспособность которых в Ubuntu не гарантируется. Например, известна проблема с рядом популярных системных приложений (в частности драйвера NVidia, VirtualBox), которые при своей установке компилируются под установленное ядро. Поэтому для их установки на ядро, нестандартное для данной версии Ubuntu (например, Ubuntu 16.04 идёт с ядром 4.4.0), может потребоваться их отдельная компиляция вручную или специальные патчи, а последние версии ядер с kernel.org приложение может вообще не поддерживать.
Архив с базовой версий без патчей, т.е. например «4.8.0», «4.8.10»: sudo apt-get install linux-source
Распакуйте полученный архив, используя команды:
Cd ~/ tar -xjf linux-2.6.x.y.tar.bz2
Или в случае с linux-source:
Cd /usr/src tar -xjf linux-source-2.6.x.y.tar.bz2
Шаг 2. Получение необходимых для сборки пакетов
Данный шаг необходимо выполнить, только если ядро собирается на компьютере в первый раз
Выполните следующие команды для установки основных пакетов:
Sudo apt-get update sudo apt-get build-dep linux sudo apt-get install kernel-package
config - традиционный способ конфигурирования. Программа выводит параметры конфигурации по одному, предлагая вам установить для каждого из них свое значение. Не рекоммендуется для неопытных пользователей.
oldconfig - файл конфигурации создаётся автоматически, основываясь на текущей конфигурации ядра. Рекомендуется для начинающих.
defconfig - файл конфигурации создаётся автоматически, основываясь на значениях по-умолчанию.
menuconfig - псевдографический интерфейс ручной конфигурации, не требует последовательного ввода значений параметров. Рекомендуется для использования в терминале.
xconfig - графический (X) интерфейс ручной конфигурации, не требует последовательного ввода значений параметров.
gconfig - графический (GTK+) интерфейс ручной конфигурации, не требует последовательного ввода значений параметров. Рекомендуется для использования в среде GNOME.
localmodconfig - файл конфигурации, создающийся автоматически, в который включается только то, что нужно данному конкретному устройству. При вызове данной команды большая часть ядра будет замодулирована
В случае, если вы хотите использовать config , oldconfig , defconfig , localmodconfig или localyesconfig , вам больше не нужны никакие дополнительные пакеты. В случае же с оставшимися тремя вариантами необходимо установить также дополнительные пакеты.
menuconfig выполните следующую команду:
Sudo apt-get install libncurses5-dev
Для установки пакетов, необходимых для использования gconfig выполните следующую команду:
Sudo apt-get install libgtk2.0-dev libglib2.0-dev libglade2-dev
Для установки пакетов, необходимых для использования xconfig выполните следующую команду:
До Ubuntu 12.04: sudo apt-get install qt3-dev-tools libqt3-mt-dev
Sudo apt-get install libqt4-dev
Шаг 3. Применение патчей
Данный шаг не является обязательным.
Официальные патчи уже наложены на исходники, если ядро получалось описанной выше командой:
Apt-get source linux-image-`uname -r`
Если вы никогда до этого не применяли патчей к исходному коду, то выполните следующую команду:
Sudo apt-get install patch
Эта команда установит программу patch, необходимую для, как можно догадаться, применения патчей. Теперь скачайте файл патча в папку, куда вы распаковали ядро. Это может быть либо архивный файл (напр. Bzip2 или Gzip), либо несжатый patch-файл.
На данный момент подразумевается, что вы уже сохранили файл в ту папку, куда ранее распаковали ядро, и установили программу patch.
Если скачанный вами файл был в формате Gzip (*.gz), тогда выполните следующую команду для распаковки содержимого архива:
Gunzip patch-2.6.x.y.gz
Если скачанный вами файл был в формате Bzip2 (*.bz2), тогда выполните следующую команду для распаковки содержимого архива:
Bunzip2 patch-2.6.x.y.bz2
где 2.6.x.y - версия патча ядра. Соответствующие команды распакуют файл патча в папку с исходным кодом ядра. Прежде чем применить патч, необходимо удостовериться, что он заработает без ошибкок. Для этого выполните команду:
Patch -p1 -i patch-2.6.x.y --dry-run
где 2.6.x.y - версия патча ядра. Эта команда сымитирует применение патча, не изменяя сами файлы.
Если при её выполнении не возникнет ошибок, то изменения можно смело внедрять в сами файлы. Для этого выполните команду:
Patch -p1 -i patch-2.6.x.y
где 2.6.x.y - версия патча ядра. Если не было никаких ошибок, значит к исходному коду был успешно применён патч.
Внимание!
Перед тем, как применять патч, проведите следующие действия:
1. Скачайте с http://www.kernel.org патч той же версии, что и ваших исходников.
2. Выполните следующую команду:
patch -p1 -R где 2.6.x.y - версия патча и ваших исходников Перейдите в папку, куда вы распаковали ядро, выполнив команду Cd ~/linux-2.6.x.y
где 2.6.x.y - версия загруженного вами ядра. На данный момент вы уже должны были определиться с методом конфигурации ядра (если нет, то ознакомьтесь с ними в разделе «Получение необходимых для сборки пакетов». В зависимости от этого, выполните следующую команду для запуска выбранного вами способа конфигурации: config
- традиционный способ конфигурирования. Программа выводит параметры конфигурации по одному, предлагая вам установить для каждого из них свое значение. Вызывается командой make config
oldconfig
- файл конфигурации создаётся автоматически, основываясь на текущей конфигурации ядра. Рекомендуется для начинающих. Вызывается командой
make oldconfig defconfig
- файл конфигурации создаётся автоматически, основываясь на значениях по-умолчанию для данной конкретной архитектуры. Вызывается командой
make defconfig menuconfig
- псевдографический интерфейс ручной конфигурации, не требует последовательного ввода значений параметров. Рекомендуется для использования в терминале. Вызов:
make menuconfig gconfig
и xconfig
- графические конфигураторы для ручной настройки. Вызов:
make gconfig
Make xconfig
соответственно localmodconfig
и localyesconfig
- автоматические конфигураторы. Конфиг создается на основе вызванных в данных момент модулей и запущенного ядра. Разница между этими двумя конфигураторами в количестве модулей. В первом случае их будет не менее 50% ядра, а во-втором не больше 2 модулей. Вызов:
make localmodconfig
Make localyesconfig
соответственно После вызова соответствующая программа конфигурации будет запущена. Произведите необходимые настройки в соответствии с вашими потребностями, сохраните файл конфигурации и переходите к следующему шагу. Итак, приготовления завершены. Теперь можно запустить процесс сборки ядра. Чтобы это сделать, выполните команду: Fakeroot make-kpkg -j 5 --initrd --append-to-version=-custom kernel_image kernel_headers #-j <количество ядер процессора>+1
Сборка ядра может занимать от 20 минут до нескольких часов в зависимости от конфигурации ядра и технических параметров компьютера. Сборка при многодерном процессоре может быть в несколько раз быстрее Когда сборка ядра подошла к концу, в вашей домашней папке появятся два deb-пакета. Их и необходимо установить. Для этого выполните команды: Cd ~/
sudo dpkg -i linux-image-2.6.x.y-custom_2.6.x.y-custom-10.00.Custom_arc.deb
sudo dpkg -i linux-headers-2.6.x.y-custom_2.6.x.y-custom-10.00.Custom_arc.deb
где 2.6.x.y - версия собранного ядра, arc - архитектура процессора (i386 - 32-бит, amd64 - 64-бит). и найдите эти самые два пакета. Для корректной работы Ubuntu требует наличия образа начального RAM-диска. Чтобы его создать, выполните команду: Sudo update-initramfs -c -k 2.6.x.y-custom
где 2.6.x.y - версия собранного ядра. Для того, чтобы новая версия ядра была доступна для выбора при загрузке компьютера, выполните следующую команду: Sudo update-grub
Файл menu.lst (для GRUB версии 1) или grub.cfg (для GRUB версии 2) обновится в соответствии с наличием установленных операционных систем и образов ядер. Сборка и установка ядра успешно выполнены! Теперь перезагрузите компьютер и попробуйте загрузить систему с новым ядром.
Чтобы удостовериться, что система запущена с новым ядром, выполните команду Uname -r
Она выведет на экран используемую версию ядра. Если всё сделано правильно, то вы можете удалить архивы с исходным кодом и весь каталог linux-2.6.x.y в вашей домашней папке. Это освободит около 5 ГБ на вашем жёстком диске (размер освобождаемого пространства зависит от параметров сборки). На этом процесс сборки и установки завершён, поздравляю!
Состоящее почти из 20 миллионов строк кода ядро Linux
является одним из самых крупных Opensource проектов в мире. 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
). 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. 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
Минусы
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
Минусы
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
Минусы
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. 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. 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». Сборка ядра Linux
Получение исходного кода
Apt-cache search linux-source
Команда выведет список доступных пакетов: linux-source - имя пакета с исходным кодом, в вашем случае может быть другим. 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.
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! 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. 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 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! 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. 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). 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. Перейдем к общему обзору архитектуры операционной системы GNU/Linux. Операционную систему можно условно разделить на два уровня, как показано на Рис. 2. 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. 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 " ". Давайте рассмотрим некоторые основные компоненты ядра Linux, следуя структуре, изображенной на рис. 3. 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 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 . 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. 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). 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 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. 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. 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 . 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.Шаг 4. Конфигурация будущей сборки ядра
Шаг 5. Сборка ядра
Шаг 6. Установка образов и заголовков ядра
Если вы не знаете точного названия пакета, выведите список файлов в домашнем каталоге командойШаг 7. Генерация начального RAM-диска
Шаг 8. Обновление конфигурации загрузчика GRUB
Шаг 9. Проверка ядра
Что такое ядро
Типы ядер
Microkernel
Monolithic ядра
Гибридные ядра
Файлы ядра Linux
Архитектура ядра Linux
Модули 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).
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):
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
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:
Вот мы и подошли к самому интересному. Прежде чем начать, установим несколько дополнительных пакетов:
Приступим к компиляции. Сначала удаляем файлы оставшиеся от предыдущих сборок, если вы запускаете сборку впервые выполнять эту команду не обязательно: sudo make-kpkg clean
-mykernel - префикс указывающий что ядро было собрано вручную, можете его изменить, фактически ни на что не влияет.
sudo dpkg -i linux-headers-3.8.5-mykernel_3.8.5-mykernel-10.00.Custom_i386.debКраткий обзор истории Linux
Рис. 1. Краткая история основных выпусков ядра Linux
Введение в ядро Linux
Рис. 2. Фундаментальная архитектура операционной системы GNU/Linux
Свойства ядра Linux
Основные подсистемы ядра Linux
Рис. 3. Один из возможных взглядов на архитектуру ядра Linux
Интерфейс системных вызовов
Управление процессами
Управление памятью
Виртуальная файловая система
Рис. 4. VFS предоставляет коммутационную матрицу между пользователями и файловыми системами
Сетевой стек
Драйверы устройств
Архитектурно-зависимый код
Дальнейшее изучение
