Linux 系统内核概述
作者：Escape
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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。
1. 内核简介
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-RELEASEkernel 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)initrdinitramfs
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
Linux MyServer 2.6.32-573.22.1.el6.i686 ... i686 i386 GNU/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_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
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
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
# 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
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/
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
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 <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
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-wrmmod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/
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
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=VALUEsysctl -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/parameterecho "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_forwardvm.drop_caches/proc/sys/vm/drop_cacheskernel.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 实战演示
# 查看所有可读变量
sysctl -a
# 修改对应参数
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 -w net.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 udev
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。
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 $(uname -r)
4.3 查看 ramdisk
# 使用file命令查看ramdisk文件发现是以gz压缩存放的
file /boot/initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img
# 改名称，解压
cd /boot/
mv initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img.gz
gzip -d initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img.gz
# 使用file命令查看发现是以cpio存放的文本文件
file initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img
# 解压这个文本文件
# 之后会在initrd目录下生成相应的文件，一个微型的/root
mkdir initrd
cd initrd
cpio -id < ../initramfs-2.6.32-504.el6.x86_64.img
# 这个时候就可以查看init脚本文件了
cat init
# 在sbin文件中存放着相关的命令
ls sbin
5. 编译内核
5.1 前提准备
(1) 准备好开发环境
包组(CentOS 6) Server Platform DevelopmentDevelopment Tools
(2) 获取目标主机上硬件设备的相关信息
CPU cat /proc/cpuinfox86info -alscpuPCI 设备 lspci-v-vvlsusb-v-vvlsblk了解全部硬件设备信息 hal-device
(3) 获取到目标主机系统功能的相关信息
(4) 获取内核源代码包
www.kernel.org
5.2 简易安装内核
简易安装
获取当前系统的安装文件作为模块安装较为方便 修改相应的参数即可 只适用于当前特定的内核版本 当前系统的安装文件在 config-2.6.32-504.el6.x86_64
简单依据模板文件的制作内核
# 下载对应的Linux内核版本进行解压缩
# 会在/usr/src目录下创建debug、kernels和linux-3.10.67目录
tar xf linux-3.10.67.tar.xz -C /usr/src
# 为了方便多内核共存，使用连接指向
# 会在当前目录下创建一个链接文件 linux -> linux-3.10.67
cd /usr/src
ln -sv linux-3.10.67 linux
# 创建模板
cd linux
# 查看链接指向的文件内容
ls
# 拷贝系统自带的模板文件
cp /boot/config-$(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
make menuconfig
# 使用screen来不中断安装
screen
# 采用几个线程进行编译
make -j n
# 安装内核
make modules_install
# make install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
make install
# 重启系统，并测试使用新内核，不是默认启动内核
init 6
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
make dir/
# (b)只编译一个特定的模块
cd /usr/src/linux
make dir/file.ko
# 例如：只为e1000编译驱动
make drivers/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；
make ARCH=arch_name
# 要获取特定目标平台的使用帮助
make ARCH=arch_name help
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
make clean
# 清理所有编译生成的文件、config及某些备份文件
make mrproper
# mrproper、patches以及编辑器备份文件
make distclean- EOF -
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来源: qq
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