深入淺出的介紹Linux 內(nèi)核

Linux 內(nèi)核是一種開源的類 Unix 操作系統(tǒng)宏內(nèi)核。

Linux 內(nèi)核是 Linux 操作系統(tǒng)的主要組件，也是計算機(jī)硬件與其進(jìn)程之間的核心接口。它負(fù)責(zé)兩者之間的通信，還要盡可能高效地管理資源。之所以稱為內(nèi)核，是因為它在操作系統(tǒng)中就像果實(shí)硬殼中的種子一樣，并且控制著硬件的所有主要功能。內(nèi)核的用途主要有以下 4 項工作：

內(nèi)存管理：追蹤記錄有多少內(nèi)存存儲了什么以及存儲在哪里

進(jìn)程管理：確定哪些進(jìn)程可以使用中央處理器、何時使用以及持續(xù)多長時間

設(shè)備驅(qū)動程序：充當(dāng)硬件與進(jìn)程之間的調(diào)解程序/解釋程序

系統(tǒng)調(diào)用和安全防護(hù)：從流程接受服務(wù)請求

在正確實(shí)施的情況下，內(nèi)核對于用戶是不可見的，它在自己的小世界(稱為內(nèi)核空間)中工作，并從中分配內(nèi)存和跟蹤所有內(nèi)容的存儲位置。用戶所看到的內(nèi)容則被稱為用戶空間。這些應(yīng)用通過系統(tǒng)調(diào)用接口(SCI)與內(nèi)核進(jìn)行交互。

Linux系統(tǒng)內(nèi)核概述

1. 內(nèi)核簡介

單內(nèi)核體系設(shè)計、但充分借鑒了微內(nèi)核設(shè)計體系的優(yōu)點(diǎn)，為內(nèi)核引入模塊化機(jī)制。

Linux 內(nèi)核的重要組成部分，主要有以下幾部分：

kernel

內(nèi)核核心，一般為 bzImage

通常在 /boot 目錄下，名稱為 vmlinuz-VERSION-RELEASE

kernel object

內(nèi)核對象，一般放置于 /lib/modules/VERSION-RELEASE/

[ ] ==> N ==> 不編譯進(jìn)內(nèi)核

[M] ==> M ==> 編譯為模塊文件

[*] ==> Y ==> 編譯進(jìn)內(nèi)核

輔助文件(ramdisk)

initrd

initramfs

2. 內(nèi)核模塊

2.1 uname 命令

使用格式

uname [OPTION]...

參數(shù)解釋

-n 顯示節(jié)點(diǎn)名稱

-r 顯示VERSION-RELEASE

-s 內(nèi)核名稱

-v 內(nèi)核版本

-n 節(jié)點(diǎn)名

-m 硬件名稱

-i 硬件平臺

-p 處理器類型

-o 操作系統(tǒng)

#?uname?-m
i686

#?uname?-r
2.6.32-573.22.1.el6.i686

#?uname?-a
Linux?MyServer?2.6.32-573.22.1.el6.i686?...?i686?i386?GNU/Linux

2.2 lsmod 命令

顯示由核心已經(jīng)裝載的內(nèi)核模塊

命令定義

顯示的內(nèi)容來自于: /proc/modules 文件。

使用 lsmod 命令時，常會采用類似 lsmod | grep -i ext4 這樣的命令來查詢系統(tǒng)是否加載了某些模塊。

#?cat?/proc/modules
iptable_filter?2173?0?-?Live?0xed9b2000
ip_tables?9567?1?iptable_filter,?Live?0xed9a9000
ext3?203718?1?-?Live?0xed962000
jbd?65315?1?ext3,?Live?0xed904000
xenfs?4360?1?-?Live?0xed8e6000
ipv6?271097?14?-?Live?0xed88e000
xen_netfront?15871?0?-?Live?0xed7d9000
ext4?339812?2?-?Live?0xed764000
jbd2?75927?1?ext4,?Live?0xed6d9000
mbcache?6017?2?ext3,ext4,?Live?0xed6b7000
xen_blkfront?19209?5?-?Live?0xed69f000
dm_mirror?11969?0?-?Live?0xed68d000
dm_region_hash?9644?1?dm_mirror,?Live?0xed67e000
dm_log?8322?2?dm_mirror,dm_region_hash,?Live?0xed672000
dm_mod?84711?11?dm_mirror,dm_log,?Live?0xed64e000

#?lsmod?|?grep?ext4
ext4??????????????????339812??2
jbd2???????????????????75927??1?ext4
mbcache?????????????????6017??2?ext3,ext4

字段含義

第 1 列：表示模塊的名稱

第 2 列：表示模塊的大小

第 3 列：表示依賴模塊的個數(shù)

第 4 列：表示依賴模塊的內(nèi)容

#?lsmod
Module??????????????????Size??Used?by
iptable_filter??????????2173??0
ip_tables???????????????9567??1?iptable_filter
ext3??????????????????203718??1
jbd????????????????????65315??1?ext3
xenfs???????????????????4360??1
ipv6??????????????????271097??14
xen_netfront???????????15871??0
ext4??????????????????339812??2
jbd2???????????????????75927??1?ext4
mbcache?????????????????6017??2?ext3,ext4
xen_blkfront???????????19209??5
dm_mirror??????????????11969??0
dm_region_hash??????????9644??1?dm_mirror
dm_log??????????????????8322??2?dm_mirror,dm_region_hash
dm_mod?????????????????84711??11?dm_mirror,dm_log

2.3 modinfo 命令

顯示模塊的詳細(xì)描述信息

命令定義

modinfo 列出 Linux 內(nèi)核中命令行指定的模塊的信息。

modinfo 能夠查詢系統(tǒng)中未安裝的模塊信息。

若模塊名不是一個文件名，則會在 /lib/modules/version 目錄中搜索，就像 modprobe 一樣。

modinfo 默認(rèn)情況下，為了便于閱讀，以下面的格式列出模塊的每個屬性：fieldname : value。

語法

modinfo [選項] [ modulename|filename... ]

選項

-n 只顯示模塊文件路徑

-p 顯示模塊參數(shù)

-a author

-d description

-l license

-0 使用’’字符分隔 field 值，而不是一個新行，對腳本比較有用

實(shí)戰(zhàn)演示

#?modinfo?ext4
filename:???????/lib/modules/2.6.32-573.22.1.el6.i686/kernel/fs/ext4/ext4.ko
license:????????GPL
description:????Fourth?Extended?Filesystem
author:?????????Remy?Card,?Stephen?Tweedie,?Andrew?Morton,?Andreas?Dilger,?Theodore?and?others
srcversion:?????CB1B990F5A758DFB0FB12F1
depends:????????mbcache,jbd2
vermagic:???????2.6.32-573.22.1.el6.i686?SMP?mod_unload?modversions?686

#?modinfo?btrfs
filename:???????/lib/modules/2.6.32-573.22.1.el6.i686/kernel/fs/btrfs/btrfs.ko
license:????????GPL
alias:??????????devname:btrfs-control
alias:??????????char-major-10-234
srcversion:?????B412C18B0F5BF7F1B3C941A
depends:????????libcrc32c,zlib_deflate,lzo_compress,lzo_decompress
vermagic:???????2.6.32-573.22.1.el6.i686?SMP?mod_unload?modversions?686

2.4 modprobe 命令

裝載或卸載內(nèi)核模塊

命令定義

配置文件

/etc/modprobe.conf

/etc/modprobe.d/*.conf

解決依賴

modprobe需要一個最新的modules.dep文件，可以用depmod來生成

該文件列出了每一個模塊需要的其他模塊，modprobe使用這個去自動添加或刪除模塊的依賴

#?modules.dep為解決依賴的配置文件，modules.dep.bin二進(jìn)制文件運(yùn)行
#?ls?/lib/modules/2.6.32-358.6.1.el6.i686/
build??????????????modules.block????modules.ieee1394map??modules.ofmap?????modules.symbols.bin??weak-updates
extra??????????????modules.ccwmap???modules.inputmap?????modules.order?????modules.usbmap
kernel?????????????modules.dep??????modules.isapnpmap????modules.pcimap????source
modules.alias??????modules.dep.bin??modules.modesetting??modules.seriomap??updates
modules.alias.bin??modules.drm??????modules.networking???modules.symbols???vdso

語法

modprobe [ -c ]

modprobe [ -l ] [ -t dirname ] [ wildcard ]

modprobe [ -r ] [ -v ] [ -n ] [ -i ] [ modulename … ]

選項

-v

顯示程序在干什么，通常在出問題的情況下，modprobe 才顯示信息

-C

重載，默認(rèn)配置文件(/etc/modprobe.conf 或 /etc/modprobe.d)

-c

輸出配置文件并退出

-n

可以和 -v 選項一起使用，調(diào)試非常有用

-i

該選項會使得 modprobe 忽略配置文件中的，在命令行上輸入的 install 和 remove

-q

一般 modprobe 刪除或插入一個模塊時，若沒有找到會提示錯誤。使用該選項，會忽略指定的模塊，并不提示任何錯誤信息。

-r

該選項會導(dǎo)致 modprobe 去刪除，而不是插入一個模塊

通常沒有沒有理由去刪除內(nèi)核模塊，除非是一些有 bug 的模塊

-f

使用該選項是比較危險的

和同時使用 –force-vermagic，–force-modversion 一樣

-l

列出所有模塊

-a

插入所有命令行中的模塊

-t

強(qiáng)制 -l 顯示 dirname 中的模塊

-s

錯誤信息寫入 syslog

2.5 depmod 命令

內(nèi)核模塊依賴關(guān)系文件及系統(tǒng)信息映射文件的生成工具

語法

depmod [-adeisvV][-m <文件>][--help][模塊名稱]

參數(shù)

-a 分析所有可用的模塊

-d 執(zhí)行排錯模式

-e 輸出無法參照的符號

-i 不檢查符號表的版本

-m<文件> 使用指定的符號表文件

-s 在系統(tǒng)記錄中記錄錯誤

-v 執(zhí)行時顯示詳細(xì)的信息

-V 顯示版本信息

--help 顯示幫助

2.6 insmod 和 rmmod 命令

裝載或卸載內(nèi)核模塊

不解決依賴關(guān)系，需要自己手動卸載

insmod命令

向 Linux 內(nèi)核中插入一個模塊

insmod 是一個向內(nèi)核插入模塊的小程序

大多數(shù)用戶使用 modprobe 因為它比較智能化

insmod [ filename ] [ module options... ]

rmmod命令

命令解析

刪除內(nèi)核中的一模塊

rmmod 是一個可以從內(nèi)核中刪除模塊的小程序，大多數(shù)用戶使用modprobe -r去刪除模塊

語法格式

rmmod [ modulename ]

參數(shù)選項

-f

除非編譯內(nèi)核時?CONFIG_MODULE_FORCE_UNLOAD?被設(shè)置該命令才有效果，否則沒效果

用該選項可以刪除正在被使用的模塊，設(shè)計為不能刪除的模塊，或者標(biāo)記為?unsafe?的模塊

-w

rmmod 拒絕刪除正在被使用的模塊

使用該選項后，指定的模塊會被孤立起來，直到不被使用

-s

將錯誤信息寫入?syslog，而不是標(biāo)準(zhǔn)錯誤(stderr)

3. /proc 目錄

內(nèi)核把自己內(nèi)部狀態(tài)信息及統(tǒng)計信息，以及可配置參數(shù)通過 proc 偽文件系統(tǒng)加以輸出。

#?ls?/proc/
1?????1173??22?????29855??35??47???60???973??????????filesystems??loadavg???????scsi???????????version
10????12????23?????3??????36??48???600??buddyinfo????fs???????????locks?????????self???????????vmallocinfo
1071??13????232????30?????37??49???61???bus??????????interrupts???mdstat????????slabinfo???????vmstat
1082??14????234????31?????38??5????62???cgroups??????iomem????????meminfo???????softirqs???????xen
1085??15????24?????31314??39??528??7????cmdline??????ioports??????misc??????????stat???????????zoneinfo
11????16????25?????317????4???531??739??cpuinfo??????irq??????????modules???????swaps
1150??17????252????318????40??543??8????crypto???????kallsyms?????mounts????????sys
1162??18????253????32?????41??56???808??devices??????kcore????????mtd???????????sysrq-trigger
1163??19????26?????320????42??566??830??diskstats????keys?????????net???????????sysvipc
1165??1908??27?????33?????43??567??853??dma??????????key-users????pagetypeinfo??timer_list
1167??2?????28?????330????44??57???9????driver???????kmsg?????????partitions????timer_stats
1169??20????29?????334????45??59???94???execdomains??kpagecount???sched_debug???tty
1171??21????29853??34?????46??6????95???fb???????????kpageflags???schedstat?????uptime

3.1 sysctl 命令

語法格式

sysctl(選項)(參數(shù))

命令參數(shù)

-n 打印值時不打印關(guān)鍵字

-e 忽略未知關(guān)鍵字錯誤

-N 僅打印名稱

-w 當(dāng)改變 sysctl 設(shè)置時使用此項

-p 從配置文件 /etc/sysctl.conf 加載內(nèi)核參數(shù)設(shè)置

-a 打印當(dāng)前所有可用的內(nèi)核參數(shù)變量和值

-A 以表格方式打印當(dāng)前所有可用的內(nèi)核參數(shù)變量和值

默認(rèn)配置文件

/etc/sysctl.conf

命令使用方式

(1) 設(shè)置某參數(shù)

sysctl -w parameter=VALUE

(2) 通過讀取配置文件設(shè)置參數(shù)

sysctl -p [/path/to/conf_file]

參數(shù)說明

只讀：輸出信息

可寫：可接受用戶指定“新值”來實(shí)現(xiàn)對內(nèi)核某功能或特性的配置/proc/sys

兩種修改方式

(1) sysctl 命令用于查看或設(shè)定此目錄中諸多參數(shù)

sysctl -w path.to.parameter=VALUE

sysctl -w kernel.hostname=mail.escapelife.com

(2) echo 命令通過重定向的方式也可以修改大多數(shù)參數(shù)的值

echo "VALUE" > /proc/sys/path/to/parameter

echo "www.escapelife.com" > /proc/sys/kernel/hostname

配置文件中常用的幾個參數(shù)

net.ipv4.ip_forward

/proc/sys/net/ipv4/ip_forward

vm.drop_caches

/proc/sys/vm/drop_caches

kernel.hostname

/proc/sys/kernel/hostname

3.2 修改配置文件

#?cat?/etc/sysctl.conf
#?Kernel?sysctl?configuration?file?for?Red?Hat?Linux

#?Controls?IP?packet?forwarding
net.ipv4.ip_forward?=?0

#?Controls?source?route?verification
net.ipv4.conf.default.rp_filter?=?1

#?Do?not?accept?source?routing
net.ipv4.conf.default.accept_source_route?=?0

#?Controls?the?System?Request?debugging?functionality?of?the?kernel
kernel.sysrq?=?0

#?Controls?whether?core?dumps?will?append?the?PID?to?the?core?filename.
#?Useful?for?debugging?multi-threaded?applications.
kernel.core_uses_pid?=?1

#?Controls?the?use?of?TCP?syncookies
net.ipv4.tcp_syncookies?=?1

#?Disable?netfilter?on?bridges.
net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables?=?0
net.bridge.bridge-nf-call-iptables?=?0
net.bridge.bridge-nf-call-arptables?=?0

#?Controls?the?default?maxmimum?size?of?a?mesage?queue
kernel.msgmnb?=?65536

#?Controls?the?maximum?size?of?a?message,?in?bytes
kernel.msgmax?=?65536

#?Controls?the?maximum?shared?segment?size,?in?bytes
kernel.shmmax?=?4294967295

#?Controls?the?maximum?number?of?shared?memory?segments,?in?pages
kernel.shmall?=?268435456
#?Auto-enabled?by?xs-tools:install.sh
net.ipv4.conf.all.arp_notify?=?1

3.3 實(shí)戰(zhàn)演示

#?查看所有可讀變量
sysctl?-a

#?修改對應(yīng)參數(shù)
sysctl?-w?kernel.sysrq=0
sysctl?-w?kernel.core_uses_pid=1
sysctl?-w?net.ipv4.conf.default.accept_redirects=0

#?如果希望屏蔽別人?ping?你的主機(jī)，配置文件修改
net.ipv4.icmp_echo_ignore_all?=?1

#?編輯完成后，請執(zhí)行以下命令使變動立即生效
/sbin/sysctl?-p
/sbin/sysctl?-w?net.ipv4.route.flush=1

4. /sys 目錄

sysfs 偽文件系統(tǒng)，輸出內(nèi)核識別出的各硬件設(shè)備的相關(guān)屬性信息，也有內(nèi)核對硬件特性的設(shè)定信息。有些參數(shù)是可以修改的，用于調(diào)整硬件工作特性。

4.1 udev

udev 是運(yùn)行用戶空間程序。

udev 通 /sys/ 路徑下輸出的信息動態(tài)為各設(shè)備創(chuàng)建所需要設(shè)備文件。

udev 是 Linux 內(nèi)核的設(shè)備管理器，它取代了 udevadmin 和 ?hotplug，負(fù)責(zé)管理 ?/dev 中的設(shè)備節(jié)點(diǎn)。

udev 也處理所有用戶空間發(fā)生的硬件添加、刪除事件，以及某些特定設(shè)備所需的固件加載。

udev 為設(shè)備創(chuàng)建設(shè)備文件時，會讀取其事先定義好的規(guī)則文件，一般在 /etc/udev/rules.d 及 /usr/lib/udev/rules.d 目錄下。

4.2 ramdisk 文件的制作

方法一

mkinitrd 命令

為當(dāng)前正在使用的內(nèi)核重新制作 ramdisk 文件

mkinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)

#?移動ramdisk文件到/root目錄下
mv?/boot/initramfs-2.6.32...img?/root

#?為當(dāng)前正在使用的內(nèi)核重新制作ramdisk文件
mkinitrd?/boot/initramfs-$(uname?-r).img?$(uname?-r)

方法二

dracut 命令

為當(dāng)前正在使用的內(nèi)核重新制作 ramdisk 文件

dracut /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)

#?移動ramdisk文件到/root目錄下
mv?/boot/initramfs-2.6.32...img?/root

#?為當(dāng)前正在使用的內(nèi)核重新制作ramdisk文件
dracut?/boot/initramfs-$(uname?-r).img?$(uname?-r)

4.3 查看 ramdisk

#?使用file命令查看ramdisk文件發(fā)現(xiàn)是以gz壓縮存放的
file?/boot/initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img

#?改名稱，解壓
cd?/boot/
mv?initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img?initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img.gz
gzip?-d?initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img.gz

#?使用file命令查看發(fā)現(xiàn)是以cpio存放的文本文件
file?initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img

#?解壓這個文本文件
#?之后會在initrd目錄下生成相應(yīng)的文件，一個微型的/root
mkdir?initrd
cd?initrd
cpio?-id?

	5. 編譯內(nèi)核

	5.1 前提準(zhǔn)備

	(1) 準(zhǔn)備好開發(fā)環(huán)境

	包組(CentOS 6)

	Server Platform Development

	Development Tools

	(2) 獲取目標(biāo)主機(jī)上硬件設(shè)備的相關(guān)信息

	CPU

	cat /proc/cpuinfo

	x86info -a

	lscpu

	PCI 設(shè)備

	lspci

	-v

	-vv

	lsusb

	-v

	-vv

	lsblk

	了解全部硬件設(shè)備信息

	hal-device

	(3) 獲取到目標(biāo)主機(jī)系統(tǒng)功能的相關(guān)信息

	(4) 獲取內(nèi)核源代碼包

	www.kernel.org

	5.2 簡易安裝內(nèi)核

	簡易安裝

	獲取當(dāng)前系統(tǒng)的安裝文件作為模塊安裝較為方便

	修改相應(yīng)的參數(shù)即可

	只適用于當(dāng)前特定的內(nèi)核版本

	當(dāng)前系統(tǒng)的安裝文件在 config-2.6.32-504.el6.x86_64

	簡單依據(jù)模板文件的制作內(nèi)核
#?下載對應(yīng)的Linux內(nèi)核版本進(jìn)行解壓縮
#?會在/usr/src目錄下創(chuàng)建debug、kernels和linux-3.10.67目錄
tar?xf?linux-3.10.67.tar.xz?-C?/usr/src

#?為了方便多內(nèi)核共存，使用連接指向
#?會在當(dāng)前目錄下創(chuàng)建一個鏈接文件?linux?->?linux-3.10.67
cd?/usr/src
ln?-sv?linux-3.10.67?linux

#?創(chuàng)建模板
cd?linux
#?查看鏈接指向的文件內(nèi)容
ls
#?拷貝系統(tǒng)自帶的模板文件
cp?/boot/config-$(uname?-r)?.config

#?打開圖形界面配置內(nèi)核選項，選擇添加、刪除內(nèi)核模塊
#?添加的默認(rèn)選項來自.config配置文件
make?menuconfig

#?使用screen來不中斷安裝
screen
#?采用幾個線程進(jìn)行編譯
make?-j?n

#?安裝內(nèi)核
make?modules_install
#?make?install中將會安裝內(nèi)容
#?安裝bzImage為/boot/vmlinuz-VERSION-RELEASE
#?生成initramfs文件
#?編輯grub的配置文件
make?install

#?重啟系統(tǒng)，并測試使用新內(nèi)核，不是默認(rèn)啟動內(nèi)核
init?6


	5.3 詳解編譯內(nèi)核

	(1) 配置內(nèi)核選項

	支持“更新”模式進(jìn)行配置

	(a) make config：基于命令行以遍歷的方式去配置內(nèi)核中可配置的每個選項

	(b) make menuconfig：基于 curses 的文本窗口界面

	(c) make gconfig：基于 GTK 開發(fā)環(huán)境的窗口界面

	(d) make xconfig：基于 Qt 開發(fā)環(huán)境的窗口界面

	支持“全新配置”模式進(jìn)行配置

	(a) make defconfig：基于內(nèi)核為目標(biāo)平臺提供的“默認(rèn)”配置進(jìn)行配置

	(b) make allnoconfig: 所有選項均回答為”no“

	(2) 編譯 - make [-j #]

	如何只編譯內(nèi)核中的一部分功能
#?(a)只編譯某子目錄中的相關(guān)代碼
cd?/usr/src/linux
make?dir/

#?(b)只編譯一個特定的模塊
cd?/usr/src/linux
make?dir/file.ko

#?例如：只為e1000編譯驅(qū)動
make?drivers/net/ethernet/intel/e1000/e1000.ko


	如何交叉編譯內(nèi)核
#?編譯的目標(biāo)平臺與當(dāng)前平臺不相同；
make?ARCH=arch_name

#?要獲取特定目標(biāo)平臺的使用幫助
make?ARCH=arch_name?help


	如何在已經(jīng)執(zhí)行過編譯操作的內(nèi)核源碼樹做重新編譯
#?事先清理操作

#?清理大多數(shù)編譯生成的文件，但會保留config文件等
make?clean

#?清理所有編譯生成的文件、config及某些備份文件
make?mrproper

#?mrproper、patches以及編輯器備份文件
make?distclean

	編輯：黃飛

	?