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13.6 Linux内核功能及模块应用

宋涛 收录于 Linux
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Linux内核功能及模块应用

/images/linux_mt/linux_mt.jpg

之前的章节中，我们讲解了 Linux 系统的启动流程，grub，以及 系统启动之后的 init 程序，最后我们来讲解 Linux 内核相关内容，包括

  1. Linux 内核的组成，包括 内核，内核模块，ramdisk
  2. 内核模块的管理
  3. ramdisk 文件的制作
  4. 内核参数的修改

1. Linux 内核设计体系

1.1 内核的组成部分：

Linux 是单内核设计，但引入了模块化机制，其组成包括如下几个部分

  1. kernel：内核核心，一般为bzImage，通常位于/boot目录，名称为vmlinuz-VERSION-release；
  2. kernel object：
    • 内核对象，即内核模块，一般放置于/lib/modules/VERSION-release/
    • 内核模块与内核核心版本一定要严格匹配；
  3. 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。ramdisk 是一个简装版的根文件系统，可能包括
    • 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，例如xfs文件系统；

1.2 内核信息获取

uname命令：

uname [OPTION]...

  • 作用: print system information
  • 选项：
    • -a: 显示所有内核信息
    • -r：内核的release号
    • -n：主机名，节点名称

2. 模块信息获取和管理

2.1 模块信息获取

模块信息获取有 lsmod, moinfo 两个命令，它们的用法如下

lsmod

lsmod：

  • 作用: 显示内核已经装载的模块
  • 来源: 显示的内容来自于 /proc/modules 文件

modinfo

modinfo [-F field] [-k kernel] [modulename|filename...]：

  • 作用: 查看单个模块的详细信息
  • 选项:
    • -F field： 仅显示指定字段的信息；
    • -n：显示模块文件路径；
    • -p：显示模块参数
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> modinfo -F filename btrfs
> modinfo -n btrfs

depmod

depmod

  • 作用: 内核模块依赖关系文件及系统信息映射文件的生成工具；

2.2 模块管理

模块装卸载有两组命令，一组是 modprobe 可以自动解决模块的依赖关系，另一组是 insmod,rmmod 不能自动解决模块的依赖关系，它们的用法如下

modprobe

modprobe [ -C config-file] [-r] module_name [module params]：

  • 作用: 装载和卸载模块，会自动解决模块之间的依赖关系
  • 选项:
    • 默认: 动态装载模块 modprobe module_name
    • -r: 动态卸载 modprobe -r module_name
    • -C: 指定模块装载时的配置文件，默认为
      • /etc/modprobe.conf
      • /etc/modprobe.d/\*.conf

insmod

insmod [filename] [module options...]：

  • 作用: 模块的装载的另一命令，不会自动解决模块之间的依赖关系，不常用
  • filename：模块文件的文件路径；
  • eg: insmod $(modinfo -n xfs)

rmmod

rmmod [module_name]：

  • 作用: 模块卸载的另一命令
  • module_name: 模块名称，不需要模块的路径

3. ramdisk文件的制作：

ramdisk 的制作有两个命令，Centos5 使用的 mkinitrd，Centos6-7 使用了 dracut，但是同时也提供了 mkinitrd, 其是基于 dracut 的脚本文件，它们的使用说明如下

mkinitrd

mkinitrd [OPTION...] [<initrd-image>] <kernel-version>

  • 作用: 为当前使用中的内核重新制作ramdisk文件：
  • 选项:
    • --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；
  • eg： mkinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)

dracut命令

dracut [OPTION...] [<image> [<kernel version>]]

  • 作用: low-level tool for generating an initramfs image
  • eg： dracut /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)

解开 ramdisk 文件

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> mv initramfs-3.10.0-514.el7.x86_64.img initramfs-3.10.0-514.el7.x86_64.img.gz
> gzip -d initramfs-3.10.0-514.el7.x86_64.img.gz
> mkdir initrd
> cd initrd
> cpio -id < ../initramfs-3.10.0-514.el7.x86_64.img

4. 系统参数查看和修改

Linux 系统的所有参数通过 /proc，/sys 两个伪文件系统输出给用户查看和修改。

4.1 /proc 目录

/proc 的作用如下:

  • 作用:
    • 内核把自己内核状态和统计信息，以及可配置参数通过 /proc 伪文件系统加以输出：
    • /proc：内核状态和统计信息的输出接口；
    • /proc/sys: 内核参数的配置接口 ；
  • 内核参数分为
    • 只读：信息输出；例如/proc/#/*
    • 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/

4.1 /proc/sys 管理工具

Linux 可修改的系统参数都放置在 /proc/sys 目录下，有三种修改方式

  1. 通过 sysctl 命令，这是专用修改内核参数的命令
  2. 由于 /proc 是伪文件系统，因此可以通过 cat，echo 等文件系统命令利用IO重定向进行修改，需要注意的是不能使用文本编辑器进行修改
  3. 上述两种方式只临时有效，要想永久有效，需要修改配置文件
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# 修改示例
> ls /proc/sys/kernel/hostname -l
> sysctl -w kernal.hostname='localhost'
> echo "localhost" > /proc/sys/kernel/hostname

sysctl命令

sysctl [options] [variable[=value]]

  • 作用: 专用于查看或设定/proc/sys目录下参数的值；
  • 查看：
    • sysctl -a: 查看所有参数
    • sysctl parameter: 查看特定参数
  • 修改：sysctl -w parameter=value
  • 附注：sysctl 的内核参数是相对于 /proc/sys 目录下文件的相对路径而言的，比如 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 相当于 net.ipv4.ip_forward
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# /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
# parameter = net.ipv4.ip_forward
> sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
> echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

文件系统命令（cat, echo)

  • 查看： cat /proc/sys/PATH/TO/SOME_KERNEL_FILE
  • 设定： echo "VALUE" > /proc/sys/PATH/TO/SOME_KERNEL_FILE

修改配置文件

  • 默认配置文件:
    • /etc/sysctl.conf
    • /etc/sysctl.d/\*.conf
  • 配置文件立即生效：sysctl -p [/PATH/TO/CONFIG_FILE]

4.2 常用内核参数：

  • net.ipv4.ip_forward：路由核心转发功能；
  • vm.drop_caches：设置值为 1，将回收buffer，cache 的缓存
  • kernel.hostname：主机名；
  • net.ipv4.icmp_echo_ignore_all：忽略所有ping操作；

5. /sys目录：

/sys 目录目前主要的作用是

  1. 输出内核识别出的各硬件设备的相关属性信息，
  2. 也有内核对硬件特性的可设置参数；对此些参数的修改，即可定制硬件设备工作特性；

udev 命令

系统上所有的设备文件，都是由 udev 命令生成，这个命令的特点如下:

  • 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, hotplug；
  • 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/目录下，以及/usr/lib/udev/rules.d/目录下；
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# 1. 修改 vmware 网卡的名称
> vim /usr/lib/udev/rules.d/70-persistent-net.rules
# 修改特定 mac 地址网卡的名称

# 2. 如果网卡有特定的配置信息，需要为网卡重新生成对应名称的配置文件
> cd /etc/sysconfig/net-work-script


# 卸载网卡并重新装载网卡，让配置生效
> modprobe -r e1000
> modprobe e1000
更新于 2018-02-24
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