Linux 系统内核概述

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。

Linux系统内核概述

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

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

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

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
• -aauthor
• -ddescription
• -llicense
• -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

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

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 <文件>][--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<文件>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

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)

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

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

#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

#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

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。

• udev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。

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)

#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-id<../initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img

#这个时候就可以查看init脚本文件了
catinit

#在sbin文件中存放着相关的命令
lssbin

(1) 准备好开发环境

• 包组(CentOS 6)
• Server Platform Development
• Development Tools

(2) 获取目标主机上硬件设备的相关信息

• CPU
• cat /proc/cpuinfo
• x86info -a
• lscpu
• PCI 设备
• lspci
• -v
• -vv
• lsusb
• -v
• -vv
• lsblk
• 了解全部硬件设备信息
• hal-device

(3) 获取到目标主机系统功能的相关信息

(4) 获取内核源代码包

• www.kernel.org

简易安装

• 获取当前系统的安装文件作为模块安装较为方便
• 修改相应的参数即可
• 只适用于当前特定的内核版本
• 当前系统的安装文件在config-2.6.32-504.el6.x86_64

简单依据模板文件的制作内核

#下载对应的Linux内核版本进行解压缩
#会在/usr/src目录下创建debug、kernels和linux-3.10.67目录
tarxflinux-3.10.67.tar.xz-C/usr/src

#为了方便多内核共存，使用连接指向
#会在当前目录下创建一个链接文件linux->linux-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

(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