【Linux】【Basis】Kernel

Linux Kernel：

     

        CentOS启动流程：POST --> Bootloader(BIOS, MBR) --> Kernel(initrd) --> rootfs --> switch_root --> /sbin/init

            root    (hd0,0)

            kernel

            initrd

             

        ldd命令：

                - print shared library dependencies

                ldd [OPTION]... FILE...

                 

    内核设计体系：单内核、微内核

        Linux：单内核设计，但充分借鉴了微内核体系的设计的优点；为内核引入了模块化机制；

            内核的组成部分：

                kernel：内核核心，一般为bzImage，通常位于/boot目录，名称为vmlinuz-VERSION-release；

                kernel object：内核对象，即内核模块，一般放置于/lib/modules/VERSION-release/

                    内核模块与内核核心版本一定要严格匹配；

                     

                    [   ]：N

                    [M]：Module

                    [*]：Y，编译进内核核心

                     

                    内核：动态装载和卸载；

                     

                ramdisk：辅助性文件，并非必须，这取决于内核是否能直接驱动rootfs所在的设备；

                    目标设备驱动，例如SCSI设备的驱动；

                    逻辑设备驱动，例如LVM设备的驱动；

                    文件系统，例如xfs文件系统；

                     

                    ramdisk：是一个简装版的根文件系统；

                     

        内核信息获取：

            uname命令：

                - print system information

                 

                格式：uname [OPTION]...

                    -r：内核的release号

                    -n：主机名

                     

                文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release

                     

        模块信息获取和管理：

             

            lsmod命令：

                - Show the status of modules in the Linux Kernel

                 

                显示的内核来自于/proc/modules

                 

            modinfo命令：

                - Show information about a Linux Kernel module

                 

                modinfo [-F field] [-k kernel] [modulename|filename...]

                    -F field： 仅显示指定字段的信息；

                    -n：显示文件路径；

                     

            modprobe命令：

                - Add and remove modules from the Linux Kernel

                 

                格式：modprobe  [-r]  module_name

                    模块的动态装载：modprobe  module_name

                    动态卸载：modprobe  -r  module_name

                     

            depmod命令：

                - Generate modules.dep and map files.

                 

                内核模块依赖关系文件的生成工具；

                 

            模块的装载和卸载的另一组命令：

                insmod命令：

                    insmod  [filename]  [module options...]

                        filename：模块文件的文件路径；

                     

                rmmod命令：

                    rmmod  [module_name]

                     

        ramdisk文件的管理：

            (1) mkinitrd命令

                为当前使用中的内核重新制作ramdisk文件：

                    # mkinitrd [OPTION...] [<initrd-image>] <kernel-version>

                        --with=<module>：除了默认的模块之外需要装载至initramfs中的模块；

                        --preload=<module>：initramfs所提供的模块需要预先装载的模块；

                     

                    示例： ~]# mkinitrd  /boot/initramfs-$(uname -r).img   $(uname -r)

             

            (2) dracut命令

                 - low-level tool for generating an initramfs image

                    # dracut [OPTION...] [<image> [<kernel version>]]

                     

                    示例： ~]# dracut /boot/initramfs-$(uname -r).img  $(uname -r)

                     

        内核信息输出的伪文件系统：

            /proc：内核状态和统计信息的输出接口；同时，还提供一个配置接口，/proc/sys；

                参数：

                    只读：信息输出；例如/proc/#/*

                    可写：可接受用户指定一个“新值”来实现对内核某功能或特性的配置；/proc/sys/

                     

                        /proc/sys:

                            net/ipv4/ip_forward  相当于  net.ipv4.ip_forward

                         

                        (1) sysctl命令

                            专用于查看或设定/proc/sys目录下参数的值；

                                sysctl [options]  [variable[=value]]

                                    查看：

                                        # sysctl  -a

                                        # sysctl  variable     

                                    修改其值：

                                        # sysctl  -w  variable=value

                        (2) 文件系统命令（cat, echo)

                            查看：

                                # cat  /proc/sys/PATH/TO/SOME_KERNEL_FILE

                            设定：

                                # echo  "VALUE"  > /proc/sys/PATH/TO/SOME_KERNEL_FILE

                             

                        注意：上述两种方式的设定仅当前运行内核有效；

                         

                        (3) 配置文件：/etc/sysctl.conf,  /etc/sysctl.d/*.conf

                            立即生效的方式：sysctl  -p  [/PATH/TO/CONFIG_FILE]

                             

                    内核参数：

                        net.ipv4.ip_forward：核心转发；

                        vm.drop_caches：

                        kernel.hostname：主机名；

                        net.ipv4.icmp_echo_ignore_all：忽略所有ping操作；

                         

            /sys目录：

                 

                sysfs：输出内核识别出的各硬件设备的相关属性信息，也有内核对硬件特性的可设置参数；对此些参数的修改，即可定制硬件设备工作特性；

                 

                udev：通过读取/sys目录下的硬件设备信息按需为各硬件设备创建设备文件；udev是用户空间程序；专用工具：devadmin, hotplug；

                 

                udev为设备创建设备文件时，会读取其事先定义好的规则文件，一般在/etc/udev/rules.d/目录下，以及/usr/lib/udev/rules.d/目录下；

                 

         

回顾：内核

     

    内核的组成部分：kernel, kernel object, ramdisk

        kernel: uname

        kernel object: lsmod, modinfo, modprobe, insmod, rmmod, depmod

        ramdisk：mkinitrd, dracut

         

    启动流程： POST --> BootSequence(BIOS) --> Bootloader (MBR) --> kernel (ramdisk) --> rootfs (switch_root) --> /sbin/init (/etc/inittab, /etc/init/*.conf, /usr/lib/systemd/system/)--> 默认运行级别、系统初始化、关闭及启动服务、启动终端（图形终端）

     

    grub：

        1st stage：mbr

        1_5 stage: mbr之后的扇区

        2nd stage：/boot/grub/

             

        加密：编辑、内核

     

编译内核：

     

    程序包的编译安装：

        ./configure, make, make install

         

    前提：开发环境（开发工具，开发库），头文件：/usr/include

     

    开源：源代码 --> 可执行格式

        发行版：以“通用”的目标；

         

    前提：

        (1) 准备好开发环境；

        (2) 获取目标主机上硬件设备的相关信息；

        (3) 获取到目标主机系统功能的相关信息，例如要启用的文件系统；

        (4) 获取内核源代码包：www.kernel.org

         

        准备开发环境：

            CentOS 6.7：

                包组：

                    Development Tools

                    Server Platform Development

                     

            CentOS 7：

                包组：

                    Development Tools

                    Server Platform Development

                     

                包：

                    ncurses-devel

                     

        获取目标主机上硬件设备的相关信息：

            CPU：

                ~]# cat  /proc/info

                ~]# lscpu

                ~]# x86info -a

                 

            PCI设备：

                ~]# lspci

                    -v

                    -vv

                     

                ~]# lsusb

                    -v

                    -vv

                     

                ~]# lsblk

                 

            了解全部硬件设备信息：

                ~]# hal-device

                 

        内核编译过程：

            步骤：

                ~]# tar  xf  linux-3.10.67.tar.xz  -C  /usr/src

                ~]# cd  /usr/src

                ~]# ln  -s  linux-3.10.67  linux

                ~]# cd  linux

                 

                ~]# make menuconfig         配置内核选项

                ~]# make  [-j #]            编译内核，可使用-j指定编译线程数量

                ~]# make modules_install    安装内核模块

                ~]# make install            安装内核

                 

                重启系统，选择使用新内核；

                 

            screen命令：

                打开screen： ~]# screen

                拆除screen： Ctrl+a, d

                列出screen： ~]# screen  -ls

                连接至screen： ~]# screen  -r   SCREEN_ID

                关闭screen:  ～]# exit

         

        过程的详细说明：

            (1)  配置内核选项

                支持“更新”模式进行配置：在已有的.config文件的基础之上进行“修改”配置；

                    (a) make config：基于命令行以遍历的方式去配置内核中可配置的每个选项；

                    (b) make  menuconfig：基于cureses的文本配置窗口；

                    (c) make  gconfig：基于GTK开发环境的窗口界面；  包组“桌面平台开发”

                    (d) make  xonfig：基于QT开发环境的窗口界面；

                支持“全新配置”模式进行配置：

                    (a) make  defconfig：基于内核为目标平台提供的“默认”配置为模板进行配置；

                    (b) make   allnoconfig：所有选项均为“no”；

                     

            (2) 编译

                  

                 (a) 多线程编译：make  [-j #]

                 (b) 编译内核中的一部分代码：

                    (i) 只编译某子目录中的相关代码：

                        # cd  /usr/src/linux

                        # make  path/to/dir/

                         

                    (ii)只编译一个特定的模块

                        # cd  /usr/src/linux

                        # make  path/to/dir/file.ko

                (c) 如何交叉编译：

                    目标平台与当前编译操作所在的平台不同；

                     

                    # make  ARCH=arch_name

                     

                    要获取特定目标平台的使用帮助：                

                        # make  ARCH=arch_name help

                         

            (3) 如何在执行过编译操作的内核源码树上做重新编译：

                事先清理操作：

                    # make clean：清理编译生成的绝大多数文件，但会保留config，及编译外部模块所需要的文件；

                    # make mrproper：清理编译生成的所有文件，包括配置生成的config文件及某些备份文件；

                    # make distclean：相当于mrproper，额外清理各种patches以及编辑器备份文件；