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Linux 系统内核概述
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Linux 内核是一种开源的类 Unix 操作系统宏内核。 Linux 内核是 Linux 操作系统的主要组件，也是计算机硬件与其进程之间的核心接口。它负责两者之间的通信，还要尽可能高效地管理资源。之所以称为内核，是因为它在操作系统中就像果实硬壳中的种子一样，并且控制着硬件的所有主要功能。内核的用途主要有以下 4 项工作： 内存管理：追踪记录有多少内存存储了什么以及存储在哪里 进程管理：确定哪些进程可以使用中央处理器、何时使用以及持续多长时间 设备驱动程序：充当硬件与进程之间的调解程序/解释程序 系统调用和安全防护：从流程接受服务请求 在正确实施的情况下，内核对于用户是不可见的，它在自己的小世界(称为内核空间)中工作，并从中分配内存和跟踪所有内容的存储位置。用户所看到的内容则被称为用户空间。这些应用通过系统调用接口(SCI)与内核进行交互。
单内核体系设计、但充分借鉴了微内核设计体系的优点，为内核引入模块化机制。 Linux 内核的重要组成部分，主要有以下几部分： kernel 内核核心，一般为 bzImage 通常在 /boot 目录下，名称为 vmlinuz-VERSION-RELEASE kernel object 内核对象，一般放置于 /lib/modules/VERSION-RELEASE/ [ ] ==> N ==> 不编译进内核 [M] ==> M ==> 编译为模块文件 [*] ==> Y ==> 编译进内核 辅助文件(ramdisk) initrd initramfs 2. 内核模块2.1 uname 命令使用格式 uname [OPTION]... 参数解释 -n 显示节点名称 -r 显示VERSION-RELEASE -s 内核名称 -v 内核版本 -n 节点名 -m 硬件名称 -i 硬件平台 -p 处理器类型 -o 操作系统 #uname-m i686 #uname-r 2.6.32-573.22.1.el6.i686 #uname-a LinuxMyServer2.6.32-573.22.1.el6.i686...i686i386GNU/Linux 2.2 lsmod 命令显示由核心已经装载的内核模块 命令定义 显示的内容来自于: /proc/modules 文件。 使用 lsmod 命令时，常会采用类似 lsmod | grep -i ext4 这样的命令来查询系统是否加载了某些模块。 #cat/proc/modules iptable_filter21730-Live0xed9b2000 ip_tables95671iptable_filter,Live0xed9a9000 ext32037181-Live0xed962000 jbd653151ext3,Live0xed904000 xenfs43601-Live0xed8e6000 ipv627109714-Live0xed88e000 xen_netfront158710-Live0xed7d9000 ext43398122-Live0xed764000 jbd2759271ext4,Live0xed6d9000 mbcache60172ext3,ext4,Live0xed6b7000 xen_blkfront192095-Live0xed69f000 dm_mirror119690-Live0xed68d000 dm_region_hash96441dm_mirror,Live0xed67e000 dm_log83222dm_mirror,dm_region_hash,Live0xed672000 dm_mod8471111dm_mirror,dm_log,Live0xed64e000 #lsmod|grepext4 ext43398122 jbd2759271ext4 mbcache60172ext3,ext4字段含义 第 1 列：表示模块的名称 第 2 列：表示模块的大小 第 3 列：表示依赖模块的个数 第 4 列：表示依赖模块的内容 #lsmod ModuleSizeUsedby iptable_filter21730 ip_tables95671iptable_filter ext32037181 jbd653151ext3 xenfs43601 ipv627109714 xen_netfront158710 ext43398122 jbd2759271ext4 mbcache60172ext3,ext4 xen_blkfront192095 dm_mirror119690 dm_region_hash96441dm_mirror dm_log83222dm_mirror,dm_region_hash dm_mod8471111dm_mirror,dm_log 2.3 modinfo 命令显示模块的详细描述信息 命令定义 modinfo 列出 Linux 内核中命令行指定的模块的信息。 modinfo 能够查询系统中未安装的模块信息。 若模块名不是一个文件名，则会在 /lib/modules/version 目录中搜索，就像 modprobe 一样。 modinfo 默认情况下，为了便于阅读，以下面的格式列出模块的每个属性：fieldname : value。 语法 modinfo [选项] [ modulename|filename... ] 选项 -n 只显示模块文件路径 -p 显示模块参数 -a author -d description -l license -0 使用’\0’字符分隔 field 值，而不是一个新行，对脚本比较有用 实战演示 #modinfoext4 filename:/lib/modules/2.6.32-573.22.1.el6.i686/kernel/fs/ext4/ext4.ko license:GPL description:FourthExtendedFilesystem author:RemyCard,StephenTweedie,AndrewMorton,AndreasDilger,Theodoreandothers srcversion:CB1B990F5A758DFB0FB12F1 depends:mbcache,jbd2 vermagic:2.6.32-573.22.1.el6.i686SMPmod_unloadmodversions686 #modinfobtrfs 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.i686SMPmod_unloadmodversions686 2.4 modprobe 命令装载或卸载内核模块 命令定义 配置文件 /etc/modprobe.conf /etc/modprobe.d/*.conf 解决依赖 modprobe需要一个最新的modules.dep文件，可以用depmod来生成 该文件列出了每一个模块需要的其他模块，modprobe使用这个去自动添加或删除模块的依赖 #modules.dep为解决依赖的配置文件，modules.dep.bin二进制文件运行 #ls/lib/modules/2.6.32-358.6.1.el6.i686/ buildmodules.blockmodules.ieee1394mapmodules.ofmapmodules.symbols.binweak-updates extramodules.ccwmapmodules.inputmapmodules.ordermodules.usbmap kernelmodules.depmodules.isapnpmapmodules.pcimapsource modules.aliasmodules.dep.binmodules.modesettingmodules.seriomapupdates modules.alias.binmodules.drmmodules.networkingmodules.symbolsvdso语法 modprobe [ -c ] modprobe [ -l ] [ -t dirname ] [ wildcard ] modprobe [ -r ] [ -v ] [ -n ] [ -i ] [ modulename … ] 选项 -v 显示程序在干什么，通常在出问题的情况下，modprobe 才显示信息 -C 重载，默认配置文件(/etc/modprobe.conf 或 /etc/modprobe.d) -c 输出配置文件并退出 -n 可以和 -v 选项一起使用，调试非常有用 -i 该选项会使得 modprobe 忽略配置文件中的，在命令行上输入的 install 和 remove -q 一般 modprobe 删除或插入一个模块时，若没有找到会提示错误。使用该选项，会忽略指定的模块，并不提示任何错误信息。 -r 该选项会导致 modprobe 去删除，而不是插入一个模块 通常没有没有理由去删除内核模块，除非是一些有 bug 的模块 -f 使用该选项是比较危险的 和同时使用 –force-vermagic，–force-modversion 一样 -l 列出所有模块 -a 插入所有命令行中的模块 -t 强制 -l 显示 dirname 中的模块 -s 错误信息写入 syslog 2.5 depmod 命令内核模块依赖关系文件及系统信息映射文件的生成工具 语法 depmod [-adeisvV][-m ][--help][模块名称] 参数 -a 分析所有可用的模块 -d 执行排错模式 -e 输出无法参照的符号 -i 不检查符号表的版本 -m 使用指定的符号表文件 -s 在系统记录中记录错误 -v 执行时显示详细的信息 -V 显示版本信息 --help 显示帮助 2.6 insmod 和 rmmod 命令装载或卸载内核模块 不解决依赖关系，需要自己手动卸载 insmod命令 向 Linux 内核中插入一个模块 insmod 是一个向内核插入模块的小程序 大多数用户使用 modprobe 因为它比较智能化 insmod [ filename ] [ module options... ] rmmod命令 命令解析 删除内核中的一模块 rmmod 是一个可以从内核中删除模块的小程序，大多数用户使用modprobe -r去删除模块 语法格式 rmmod [ modulename ] 参数选项 -f 除非编译内核时CONFIG_MODULE_FORCE_UNLOAD被设置该命令才有效果，否则没效果 用该选项可以删除正在被使用的模块，设计为不能删除的模块，或者标记为unsafe的模块 -w rmmod 拒绝删除正在被使用的模块 使用该选项后，指定的模块会被孤立起来，直到不被使用 -s 将错误信息写入syslog，而不是标准错误(stderr) 3. /proc 目录内核把自己内部状态信息及统计信息，以及可配置参数通过 proc 伪文件系统加以输出。 #ls/proc/ 111732229855354760973filesystemsloadavgscsiversion 10122333648600buddyinfofslocksselfvmallocinfo 10711323230374961businterruptsmdstatslabinfovmstat 1082142343138562cgroupsiomemmeminfosoftirqsxen 1085152431314395287cmdlineioportsmiscstatzoneinfo 1116253174531739cpuinfoirqmodulesswaps 115017252318405438cryptokallsymsmountssys 116218253324156808deviceskcoremtdsysrq-trigger 1163192632042566830diskstatskeysnetsysvipc 11651908273343567853dmakey-userspagetypeinfotimer_list 116722833044579driverkmsgpartitionstimer_stats 11692029334455994execdomainskpagecountsched_debugtty 117121298533446695fbkpageflagsschedstatuptime 3.1 sysctl 命令语法格式 sysctl(选项)(参数) 命令参数 -n 打印值时不打印关键字 -e 忽略未知关键字错误 -N 仅打印名称 -w 当改变 sysctl 设置时使用此项 -p 从配置文件 /etc/sysctl.conf 加载内核参数设置 -a 打印当前所有可用的内核参数变量和值 -A 以表格方式打印当前所有可用的内核参数变量和值 默认配置文件 /etc/sysctl.conf 命令使用方式 (1) 设置某参数 sysctl -w parameter=VALUE (2) 通过读取配置文件设置参数 sysctl -p [/path/to/conf_file] 参数说明 只读：输出信息 可写：可接受用户指定“新值”来实现对内核某功能或特性的配置/proc/sys 两种修改方式 (1) sysctl 命令用于查看或设定此目录中诸多参数 sysctl -w path.to.parameter=VALUE sysctl -w kernel.hostname=mail.escapelife.com (2) echo 命令通过重定向的方式也可以修改大多数参数的值 echo "VALUE" > /proc/sys/path/to/parameter echo "www.escapelife.com" > /proc/sys/kernel/hostname 配置文件中常用的几个参数 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 #KernelsysctlconfigurationfileforRedHatLinux #ControlsIPpacketforwarding net.ipv4.ip_forward=0 #Controlssourcerouteverification net.ipv4.conf.default.rp_filter=1 #Donotacceptsourcerouting net.ipv4.conf.default.accept_source_route=0 #ControlstheSystemRequestdebuggingfunctionalityofthekernel kernel.sysrq=0 #ControlswhethercoredumpswillappendthePIDtothecorefilename. #Usefulfordebuggingmulti-threadedapplications. kernel.core_uses_pid=1 #ControlstheuseofTCPsyncookies net.ipv4.tcp_syncookies=1 #Disablenetfilteronbridges. net.bridge.bridge-nf-call-ip6tables=0 net.bridge.bridge-nf-call-iptables=0 net.bridge.bridge-nf-call-arptables=0 #Controlsthedefaultmaxmimumsizeofamesagequeue kernel.msgmnb=65536 #Controlsthemaximumsizeofamessage,inbytes kernel.msgmax=65536 #Controlsthemaximumsharedsegmentsize,inbytes kernel.shmmax=4294967295 #Controlsthemaximumnumberofsharedmemorysegments,inpages kernel.shmall=268435456 #Auto-enabledbyxs-tools:install.sh net.ipv4.conf.all.arp_notify=1 3.3 实战演示#查看所有可读变量 sysctl-a #修改对应参数 sysctl-wkernel.sysrq=0 sysctl-wkernel.core_uses_pid=1 sysctl-wnet.ipv4.conf.default.accept_redirects=0 #如果希望屏蔽别人ping你的主机，配置文件修改 net.ipv4.icmp_echo_ignore_all=1 #编辑完成后，请执行以下命令使变动立即生效 /sbin/sysctl-p /sbin/sysctl-wnet.ipv4.route.flush=1 4. /sys 目录sysfs 伪文件系统，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设定信息。有些参数是可以修改的，用于调整硬件工作特性。 4.1 udevudev 是运行用户空间程序。 udev 通 /sys/ 路径下输出的信息动态为各设备创建所需要设备文件。 udev 是 Linux 内核的设备管理器，它取代了 udevadmin 和 hotplug，负责管理 /dev 中的设备节点。 udev 也处理所有用户空间发生的硬件添加、删除事件，以及某些特定设备所需的固件加载。 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 及 /usr/lib/udev/rules.d 目录下。 4.2 ramdisk 文件的制作方法一 mkinitrd 命令 为当前正在使用的内核重新制作 ramdisk 文件 mkinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r) #移动ramdisk文件到/root目录下 mv/boot/initramfs-2.6.32...img/root #为当前正在使用的内核重新制作ramdisk文件 mkinitrd/boot/initramfs-$(uname-r).img$(uname-r)方法二 dracut 命令 为当前正在使用的内核重新制作 ramdisk 文件 dracut /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r) #移动ramdisk文件到/root目录下 mv/boot/initramfs-2.6.32...img/root #为当前正在使用的内核重新制作ramdisk文件 dracut/boot/initramfs-$(uname-r).img$(uname-r) 4.3 查看 ramdisk#使用file命令查看ramdisk文件发现是以gz压缩存放的 file/boot/initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img #改名称，解压 cd/boot/ mvinitramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.imginitramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img.gz gzip-dinitramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img.gz #使用file命令查看发现是以cpio存放的文本文件 fileinitramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img #解压这个文本文件 #之后会在initrd目录下生成相应的文件，一个微型的/root mkdirinitrd cdinitrd cpio-idlinux-3.10.67 cd/usr/src ln-svlinux-3.10.67linux #创建模板 cdlinux #查看链接指向的文件内容 ls #拷贝系统自带的模板文件 cp/boot/config-$(uname-r).config #打开图形界面配置内核选项，选择添加、删除内核模块 #添加的默认选项来自.config配置文件 makemenuconfig #使用screen来不中断安装 screen #采用几个线程进行编译 make-jn #安装内核 makemodules_install #makeinstall中将会安装内容 #安装bzImage为/boot/vmlinuz-VERSION-RELEASE #生成initramfs文件 #编辑grub的配置文件 makeinstall #重启系统，并测试使用新内核，不是默认启动内核 init6 5.3 详解编译内核(1) 配置内核选项 支持“更新”模式进行配置 (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 curses 的文本窗口界面 (c) make gconfig：基于 GTK 开发环境的窗口界面 (d) make xconfig：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”配置进行配置 (b) make allnoconfig: 所有选项均回答为”no“ (2) 编译 - make [-j #] 如何只编译内核中的一部分功能 #(a)只编译某子目录中的相关代码 cd/usr/src/linux makedir/ #(b)只编译一个特定的模块 cd/usr/src/linux makedir/file.ko #例如：只为e1000编译驱动 makedrivers/net/ethernet/intel/e1000/e1000.ko如何交叉编译内核 #编译的目标平台与当前平台不相同； makeARCH=arch_name #要获取特定目标平台的使用帮助 makeARCH=arch_namehelp如何在已经执行过编译操作的内核源码树做重新编译 #事先清理操作 #清理大多数编译生成的文件，但会保留config文件等 makeclean #清理所有编译生成的文件、config及某些备份文件 makemrproper #mrproper、patches以及编辑器备份文件 makedistclean作者：Escape https://www.escapelife.site/posts/3acaa44c.html 10T 技术资源大放送！包括但不限于：Linux、虚拟化、容器、云计算、网络、Python、Go 等。在开源Linux公众号内回复10T，即可免费获取！ Linux学习指南有收获，点个在看 |
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