Linux Kernel

zhumengxiaotao • • Linux干货

Linux Kernel

概述：文章将主要介绍Linux 内核的相关信息，包括内核各组成部分的详细介绍，其中有内核信息的获取命令，uname；内核模块管理类命令：lsmod，modinfo，modprobe，insomd,rmmod;ramdisk生成的相关命令，mkinitrd和dracut命令；以及linux中的两个为文件系统 /proc和/sys。最后是内核的简单编译。


1.ldd命令（– print shared library dependencies）

功能：打印二进制应用程序所依赖的库文件

语法：ldd [OPTION]… FILE…（二进制文件）

举例：查看/bin/ls所以来的库文件

[root@CentOS6 ~]# ldd /bin/ls
        # 库文件名称   =>     # 库文件路径
	linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff615d7000) # 没有对用文件，是调用库真正的入口
	libselinux.so.1 => /lib64/libselinux.so.1 (0x0000003270e00000)
	librt.so.1 => /lib64/librt.so.1 (0x000000326fe00000)
	libcap.so.2 => /lib64/libcap.so.2 (0x0000003273e00000)
	libacl.so.1 => /lib64/libacl.so.1 (0x000000327a200000)
	libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x000000326f600000)
	libdl.so.2 => /lib64/libdl.so.2 (0x000000326f200000) 
	/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x000000326ee00000)  # 整个系统调用库的入口 
	libpthread.so.0 => /lib64/libpthread.so.0 (0x000000326fa00000)
	libattr.so.1 => /lib64/libattr.so.1 (0x000000327d200000)

取库文件的路径，如下：

[root@CentOS6 ~]# ldd /bin/ls |grep -o "/lib[^[:space:]]*"
/lib64/libselinux.so.1
/lib64/librt.so.1
/lib64/libcap.so.2
/lib64/libacl.so.1
/lib64/libc.so.6
/lib64/libdl.so.2
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2
/lib64/libpthread.so.0
/lib64/libattr.so.1

2.Linux Kernel

★内核设计体系：单内核，微内核

    Linux：为单内核设计，但充分借鉴了微内核体系设计的优点；为内核引入了模块化机制（高度模块化）；

★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

          注意：内核模块与内核核心版本一定要严格匹配

    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；

          文件系统驱动：例如xfs文件系统；

          ramdisk是一个简装版的根文件系统，之后要进行根切换，挂载真正的根文件系统。    

★内核编译的三种选择

    [ ]:N，不编译此功能

       [M]:Module ，编译成内核模块，用到时再装载

       [*]:Y,编译进内核核心，即所有人都用的功能才会编辑进去

★内核模块支持动态装载和卸载

[root@centos7 ~]# ls /lib/modules/3.10.0-327.el7.x86_64/
build   modules.alias      modules.builtin      modules.dep.bin  modules.modesetting  modules.softdep      source   weak-updates
extra   modules.alias.bin  modules.builtin.bin  modules.devname  modules.networking   modules.symbols      updates
kernel  modules.block      modules.dep          modules.drm      modules.order        modules.symbols.bin  vdso
[root@centos7 ~]# uname -r  # 内核模块与核心版本要完全匹配
3.10.0-327.el7.x86_64
[root@centos7 ~]#

3.uname（内核信息获取）

语法：uname [OPTION]…

选项：-r：内核的release号；

    -n：主机名；

       -a：显示所有信息；

文件：/boot/vmlinuz-VERSION-release

显示如下：

[root@CentOS6 ~]# uname -n  # 显示主机名，同hostname
CentOS6.localdomain
[root@CentOS6 ~]# hostname
CentOS6.localdomain
[root@CentOS6 ~]# uname -r  # 显示内核的release号
2.6.32-642.el6.x86_64
[root@CentOS6 ~]# uname -v  # 显示编译的版本号
#1 SMP Tue May 10 17:27:01 UTC 2016
[root@CentOS6 ~]# uname -a  # 显示所有的信息 
Linux CentOS6.localdomain 2.6.32-642.el6.x86_64 #1 SMP Tue May 10 17:27:01 UTC 2016 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

4.内核模块管理

1）lsmod （查看当前内核已经装载的模块）

   显示的内核来自于 /proc/modules

   查找指定模块：lsmod |grep MOD_NAME

[root@CentOS6 ~]# lsmod  
Module                  Size  Used by
autofs4                27000  3 
ipv6                  336282  282 
fuse                   79892  2 
vmhgfs                 50307  0 
vsock                  46582  2 
uinput                  8120  0 
microcode             112205  0 
snd_seq_midi            6423  0 
vmware_balloon          7199  0 
snd_seq_midi_event      7205  1 snd_seq_midi
snd_ens1371            21523  0 
snd_rawmidi            24633  2 snd_seq_midi,snd_ens1371
snd_ac97_codec        124967  1 snd_ens1371

2）modinfo（显示模块的详细描述信息）

语法：modinfo[ -k kernel ] [ modulename|filename… ]

选项：-n: 只显示模块文件路径；

       -p: 显示模块参数；

       -F：仅显示指定字段的信息；

       -a: author；

       -d: description；

       -l: license；

[root@CentOS6 ~]# modinfo ext4
filename:       /lib/modules/2.6.32-642.el6.x86_64/kernel/fs/ext4/ext4.ko
license:        GPL
description:    Fourth Extended Filesystem
author:         Remy Card, Stephen Tweedie, Andrew Morton, Andreas Dilger, Theodore Ts'o and others
srcversion:     78B9CBCA6A7D7547B8566CC
depends:        mbcache,jbd2  # 表示被此模块所依赖的其他模块
vermagic:       2.6.32-642.el6.x86_64 SMP mod_unload modversions

3）modprobe（模块的装载与卸载）

语法：modprobe [-r] module_name…

装载模块：modprobe module_name… （会自动解决模块间的依赖关系）

卸载模块：modprobe -r  module_name…

[root@CentOS6 ~]# lsmod |grep btrfs  # 查找指定的模块
[root@CentOS6 ~]# modprobe btrfs     # 装载模块
[root@CentOS6 ~]# lsmod |grep btrfs
btrfs                 786956  0 
zlib_deflate           21629  1 btrfs
lzo_decompress          2343  1 btrfs
lzo_compress            2368  1 btrfs
libcrc32c               1246  1 btrfs
[root@CentOS6 ~]# modprobe -r btrfs  # 卸载模块
[root@CentOS6 ~]# lsmod |grep btrfs

4)depmod

内核模块依赖关系文件及系统信息映射文件的生成工具

模块装载和卸载的另一组命令（insmod、rmmod）

1）insmod

insmod[ filename ] [ module options… ] （这里不会自动解决模块间的依赖关系）

     filename：为模块文件的文件路径；

[root@centos7 ~]# lsmod |grep btrfs
[root@centos7 ~]# insmod btrfs # 不能直接装载，需要指明模块的文件路径
insmod: ERROR: could not load module btrfs: No such file or directory
[root@centos7 ~]# modinfo -n btrfs  
/lib/modules/3.10.0-327.el7.x86_64/kernel/fs/btrfs/btrfs.ko
[root@centos7 ~]# insmod `modinfo -n btrfs`
insmod: ERROR: could not insert module /lib/modules/3.10.0-327.el7.x86_64/kernel/fs/btrfs/btrfs.ko: Unknown symbol in module   # 有依赖关系，不能安装

2）rmmod

    rmmod[ modulename] 直接指明模块名称卸载就可以。

5.ramdisk文件管理

·ramdisk–> ramfs 提高速度（完成对真正根文件系统的驱动加载)

·CentOS 5: initrd, 工具程序：mkinitrd

·CentOS 6: initramfs，工具程序：mkinitrd,dracut

wKioL1fcurKDT_52AABDm0K5OoI987.png

1）为当前正在使用的内核重新制作ramdisk

  • mkinitrd命令

       –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；

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

   示例：

[root@centos7 ~]# mv /boot/initramfs-3.10.0-327.el7.x86_64.img /tmp  # 移除
[root@centos7 ~]# mkinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)  #创建
[root@centos7 ~]# ls /boot
config-3.10.0-327.el7.x86_64                             initramfs-3.10.0-327.el7.x86_64.img  vmlinuz-0-rescue-2044869cb7454de39dc9ec0daa7a8588
grub                                                     initrd-plymouth.img                  vmlinuz-3.10.0-327.el7.x86_64
grub2                                                    symvers-3.10.0-327.el7.x86_64.gz
initramfs-0-rescue-2044869cb7454de39dc9ec0daa7a8588.img  System.map-3.10.0-327.el7.x86_64
[root@centos7 ~]#

  • dracut命令

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

 示例：

[root@centos7 ~]# rm -f /boot/initramfs-3.10.0-327.el7.x86_64.img 
[root@centos7 ~]# dracut /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)
[root@centos7 ~]# ls /boot
config-3.10.0-327.el7.x86_64
grub
grub2
initramfs-0-rescue-2044869cb7454de39dc9ec0daa7a8588.img
initramfs-3.10.0-327.el7.x86_64.img
initrd-plymouth.img
symvers-3.10.0-327.el7.x86_64.gz
System.map-3.10.0-327.el7.x86_64
vmlinuz-0-rescue-2044869cb7454de39dc9ec0daa7a8588
vmlinuz-3.10.0-327.el7.x86_64

6.内核信息输出的伪文件系统：/proc,/sys

1)/proc目录             

★ /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/#/*  只是用来输出某进程的相关信息；

      · 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 参数和文件系统的有映射关系的，

       例如：net/ipv4/ip_forwad 相当于 net.ipv4.ip_forward

★ 伪文件系统的的特点是：不能够直接使用编辑器编辑；但是可以通过以下方式修改：

       文件系统命令（cat，echo）

                  查看：cat /proc/sys/PATH/TO/SOMR_KERNEL_FILE

            设定：echo "NEW_Value" > /proc/sys/path/to/somefile

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

             语法：sysctl [options] [variable[=value]]

             查看：# sysctl -a

                    # sysctl variable

       修改其值：# sysctl -w variable=value  

★ 以上两种方式的设定仅当前运行内核有效，要想永久生效，就要写入到配置文件当中。

   内核参数配置文件：

              /etc/sysctl.conf ,/etc/sysctl.d/*.conf 

   此种设定不能立即生效，但重启系统后一直有效，为了不重启系统而生效的方      式：    # sysctl -p

★ 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:忽略所有发往本主机的ping操作

                  


示例：

[root@centos7 ~]# sysctl net.ipv4.ip_forward  
net.ipv4.ip_forward = 0
[root@centos7 ~]# sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1  # 修改其值
net.ipv4.ip_forward = 1

[root@centos7 ~]# uname -n
centos7
[root@centos7 ~]# sysctl -w kernel.hostname=taotao 
kernel.hostname = taotao    # 注意参数和文件系统的映射关系，这里是简装形式 
[root@centos7 ~]# uname -n
taotao
[root@centos7 ~]# cat /proc/sys/kernel/hostname #
taotao

[root@centos7 ~]# echo "centos7" > /proc/sys/kernel/hostname # echo 命令修改主机名
[root@centos7 ~]# uname -n
centos7

修改配置文件：

[root@centos7 ~]# vim /etc/sysctl.conf  # 修改配置文件 
  1 # System default settings live in /usr/lib/sysctl.d/00-system.conf.
  2 # To override those settings, enter new settings here, or in an /etc/sysctl.d/<name>.conf file
  3 #
  4 # For more information, see sysctl.conf(5) and sysctl.d(5).
  5 net.ipv4.ip_forward = 1  # 添加一行
  
[root@centos7 ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward  # 查看其值发现并没有改变
0
[root@centos7 ~]# sysctl -p # 不用重启，直接生效
net.ipv4.ip_forward = 1
[root@centos7 ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
1

内核参数：

[root@centos7 ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/icmp_echo_ignore_all
0
[root@centos7 ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/icmp_echo_ignore_all
[root@centos7 ~]# cat /proc/sys/net/ipv4/icmp_echo_ignore_all
1

2)/sys目录：

★ sysfs:输出内核识别出的个硬件设备的相关属性信息，也有内核对硬件的可设置参数；对这些参数的修改，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，jostplug

★udev 为设备创建文件时，会读取其事先定义好的规则文件，

    一般在/etc/udev/rules.d/目录下，

    如修改网卡名对应的规则文件为：/etc/udev/rules.d/70-persistent-net.rules

示例：

[root@centos7 ~]# ls /sys
block  bus  class  dev  devices  firmware  fs  hypervisor  kernel  module  power
[root@CentOS6 ~]# vim /etc/udev/rules.d/70-persistent-net.rules 
  
  1 # This file was automatically generated by the /lib/udev/write_net_rules
  2 # program, run by the persistent-net-generator.rules rules file.
  3 #
  4 # You can modify it, as long as you keep each rule on a single
  5 # line, and change only the value of the NAME= key.
  6 
  7 # PCI device 0x8086:0x100f (e1000)
  8 SUBSYSTEM=="net", ACTION=="add", DRIVERS=="?*", ATTR{address}=="00:0c:29:e4:5e:4d", ATTR{type}=="1", KERNEL=="eth*", NAME="eth0"
  9 
 10 # PCI device 0x8086:0x100f (e1000)
 11 SUBSYSTEM=="net", ACTION=="add", DRIVERS=="?*", ATTR{address}=="00:0c:29:e4:5e:57", ATTR{type}=="1", KERNEL=="eth*", NAME="eth1"

内核编译

一、程序包的编译安装：

 1.步骤：

         ./configure

      make；

      makeinstall

 2.前提：开发环境（开发环境，开发库），头文件:usr/include

 3.开源：源代码–>可执行格式

 4.发行版：以“通用”的目标

二、内核编译：

1.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）获取内核源码包：www.kernel.org

2.准备开发环境：

      1)CentOS 6,7：包组：

               Development Tools

               Server Platform Development

       2)目标主机硬件相关信息：

               CPU：# cat /proc/cpuinfo

                     # x86info -a

                     # lscpu

               PCI: # lspci -v,-vv

                     # lsusb -v,-vv

                     # lsblk 块设备

               了解全部硬件设备信息

                     # hal-device

三、编译步骤：

  • tar xf linux-3.10.67.tar.xz -C /usr/src

  • cd /usr/src

  • ln -sv linux-3.10.67 linux

  • cd /usr/src/linux

  • cp /boot/config-$(uname -r) ./.config

  • make help

  • make menuconfig 配置内核选项

  • make [-j 2] 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  安装内核核心

  • reboot 重启系统，选择使用新内核

演示过程如下：

 1.获取源码包（www.kernel.org）,选择要编译的版本，为了保障能够成功编译，建议不要使用跨版本太大的源码包
wKiom1ffSmPSsIykAAFPWkCg52g706.png

2.准备开发环境（相关开发工具包），以及查看自己的主机硬件相关信息是否可以符合

3.解压到 /usr/src 目录下

  tar xf linux-3.10.67.tar.xz -C /usr/src

[root@centos7 ~]# ls
2016-09-11-16-52-39  bin      Documents  f1          httpd-2.2.29          linux-3.18.41.tar.xz # 获取的源码包  Music     Public     Templates
anaconda-ks.cfg      Desktop  Downloads  hanshu3.sh  httpd-2.2.29.tar.bz2  mbox                  Pictures  select.sh  Videos
[root@centos7 ~]# tar xvf linux-3.18.41.tar.xz -C /usr/src  # 解压到/usr/src目录下
[root@centos7 ~]# ls /usr/src
debug  kernels  linux-3.18.41 # 解压的源码包

4.进到/usr/src目录中，并创建一个软链接

[root@centos7 ~]# cd /usr/src
[root@centos7 src]# ls
debug  kernels  linux-3.18.41
[root@centos7 src]# ln -s linux-3.18.41/ linux   # 创建软链接
[root@centos7 src]# ls
debug  kernels  linux  linux-3.18.41
[root@centos7 src]# cd linux # 进到目录中去
[root@centos7 linux]# ls
arch   COPYING  crypto         drivers   fs       init  Kbuild   kernel  MAINTAINERS  mm   README          samples  security  tools  virt
block  CREDITS  Documentation  firmware  include  ipc   Kconfig  lib     Makefile     net  REPORTING-BUGS  scripts  sound     usr
[root@centos7 linux]# du -sh . # 查看大小
631M	.

5.复制/boot下的以config开头的文件作为模板文件到/usr/src/linux/.config 

   # cp /boot/config-3.10.0-327.el7.x86_64 /usr/src/linux/.config

[root@centos7 linux]# cp /boot/config-3.10.0-327.el7.x86_64 /usr/src/linux/.config #复制模板文件
[root@centos7 linux]# ls -a
.   arch   .config(# 复制的模板文件）  CREDITS  Documentation  firmware  .gitignore  init  Kbuild   kernel  .mailmap     Makefile  net     REPORTING-BUGS  scripts   sound  usr
..  block  COPYING  crypto   drivers        fs        include     ipc   Kconfig  lib     MAINTAINERS  mm        README  samples         security  tools  virt

6.在/usr/src/linux 中使用 # make menuconfig 配置内核选项，选好之后保存退出；

wKiom1ffVC-AMKZxAAB4tksfb-8437.png

7.打开screen界面，执行 # make [-j 4] 编译内核，可使用-j指定编译线程数量

wKioL1ffXvHDBYDoABqU5jYU_rM955.gif

  这时可以使用 # htop 查看一下cpu的使用情况，如下所示：

wKioL1ffYB2hcqhlAAGEAE81qR4449.gif

 

8.编译完成之后，接下来需要执行 # make modules_install 安装内核模块

[root@centos7 src]# du -sh linux-3.18.41/
7.1G	linux-3.18.41/  # 可以看到编译完成之后，变成了7.1G

[root@centos7 linux]# ls /lib/modules
3.10.0-327.el7.x86_64  # 可以看到这时模块文件只有一个
[root@centos7 linux]# make modules_install # 安装内核模块
[root@centos7 linux]# ls /lib/modules       
3.10.0-327.el7.x86_64  3.18.41-1.0-Taolinux # 可以发现多了一个内核模块

[root@centos7 linux]# ls  /lib/modules/3.18.41-1.0-Taolinux/  # 编译完成，而已看到生成的内核模块文件
build              modules.builtin.bin  modules.softdep
kernel             modules.dep          modules.symbols
modules.alias      modules.dep.bin      modules.symbols.bin
modules.alias.bin  modules.devname      source
modules.builtin    modules.order

wKiom1ffc6WwEWY7ABvuICItrAw082.gif

 9.执行 # make install 生成内核文件

[root@centos7 linux]# make install
sh ./arch/x86/boot/install.sh 3.18.41-1.0-Taolinux arch/86/boot/bzlmage \ 
          System.map "/boot"

10.reboot 重启系统，选择使用新内核

wKioL1ffePrS4iV3AAAirxAuJhs514.png  

  启动之后，查看内核版本如下：

[root@centos7 ~]# uname -r
3.18.41-1.0-Taolinux  # 说明新版内核已经启动，编译成功！

  至此，一个全新的内核就已经编译完成了！！！

编译详细说明

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curses的文本窗口界面

      (c) make gconfig：基于GTK (GNOME）环境窗口界面

      (d) make xconfig：基于QT(KDE)环境的窗口界面

★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 allyesconfig: 所有选项均回答为“yes“

      (c) make allnoconfig: 所有选项均回答为"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 dir/

     (ii) 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

 C）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 help


3）如何在执行过编译操作的内核元码树上做重新编译：

 需要事先清理操作：

     # make clean：清理大多数编译生成的文件，但会保留config文件等

     # make mrproper: 清理所有编译生成的文件、config及某些备份文件

     # make distclean：mrproper、patches以及编辑器备份文件

原创文章，作者：zhumengxiaotao，如若转载，请注明出处：http://www.178linux.com/47767

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评论列表（1条）

  • 马哥教育
    马哥教育 2016-09-20 12:33

    总结的很完整，内容很充实，第一个ldd，而不是idd，我已经帮你修改了，下次细心点哦。

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