В данном пошаговом руководстве вы узнаете, как правильно собрать и установить ядро ветвей >2.6 в семействе ОС Ubuntu.

Шаг 1. Получение исходного кода ядра

Исходники ядра Ubuntu можно получить двумя способами :

Установив архив из репозитория, с автоматическим наложением последних официальных патчей. При этом скачается пакет размером ~150 Мб в текущую папку. Чтобы получить исходники ядра, версия которого установлена на компьютере выполните команду: apt-get source linux-image-`uname -r`

Или вместо `uname -r` можно указать конкретную версию из имеющихся в репозитории.

Список имеющихся в репозитории версий можно увидеть набрав команду: «apt-get source linux-image-» и, не нажимая Enter , нажать два раза клавишу Tab .

Не забудьте включить общий доступ к исходникам в репозитории (Параметры системы → Программы и обновления → Программное обеспечение Ubuntu → Исходный код). Из консоли это сделать можно раскомментировав строки начинающиеся с deb-src в файле /etc/apt/sources.list, а затем выполнить обновление командой: «sudo apt-get update».

Самая свежая версия ядра доступна по git . Размер скачиваемого пакета ~500-800 Мб. git clone git://kernel.ubuntu.com/ubuntu/ubuntu-.git

Где - имя релиза, например:

Git clone git://kernel.ubuntu.com/ubuntu/ubuntu-xenial.git

Другие ядра

Также существуют ядра, работоспособность которых в Ubuntu не гарантируется. Например, известна проблема с рядом популярных системных приложений (в частности драйвера NVidia, VirtualBox), которые при своей установке компилируются под установленное ядро. Поэтому для их установки на ядро, нестандартное для данной версии Ubuntu (например, Ubuntu 16.04 идёт с ядром 4.4.0), может потребоваться их отдельная компиляция вручную или специальные патчи, а последние версии ядер с kernel.org приложение может вообще не поддерживать.

Архив с базовой версий без патчей, т.е. например «4.8.0», «4.8.10»: sudo apt-get install linux-source

Распакуйте полученный архив, используя команды:

Cd ~/ tar -xjf linux-2.6.x.y.tar.bz2

Или в случае с linux-source:

Cd /usr/src tar -xjf linux-source-2.6.x.y.tar.bz2

Шаг 2. Получение необходимых для сборки пакетов

Данный шаг необходимо выполнить, только если ядро собирается на компьютере в первый раз

Выполните следующие команды для установки основных пакетов:

Sudo apt-get update sudo apt-get build-dep linux sudo apt-get install kernel-package

config - традиционный способ конфигурирования. Программа выводит параметры конфигурации по одному, предлагая вам установить для каждого из них свое значение. Не рекоммендуется для неопытных пользователей.

oldconfig - файл конфигурации создаётся автоматически, основываясь на текущей конфигурации ядра. Рекомендуется для начинающих.

defconfig - файл конфигурации создаётся автоматически, основываясь на значениях по-умолчанию.

menuconfig - псевдографический интерфейс ручной конфигурации, не требует последовательного ввода значений параметров. Рекомендуется для использования в терминале.

xconfig - графический (X) интерфейс ручной конфигурации, не требует последовательного ввода значений параметров.

gconfig - графический (GTK+) интерфейс ручной конфигурации, не требует последовательного ввода значений параметров. Рекомендуется для использования в среде GNOME.

localmodconfig - файл конфигурации, создающийся автоматически, в который включается только то, что нужно данному конкретному устройству. При вызове данной команды большая часть ядра будет замодулирована

В случае, если вы хотите использовать config , oldconfig , defconfig , localmodconfig или localyesconfig , вам больше не нужны никакие дополнительные пакеты. В случае же с оставшимися тремя вариантами необходимо установить также дополнительные пакеты.

menuconfig выполните следующую команду:

Sudo apt-get install libncurses5-dev

Для установки пакетов, необходимых для использования gconfig выполните следующую команду:

Sudo apt-get install libgtk2.0-dev libglib2.0-dev libglade2-dev

Для установки пакетов, необходимых для использования xconfig выполните следующую команду:

До Ubuntu 12.04: sudo apt-get install qt3-dev-tools libqt3-mt-dev

Sudo apt-get install libqt4-dev

Шаг 3. Применение патчей

Данный шаг не является обязательным.

Официальные патчи уже наложены на исходники, если ядро получалось описанной выше командой:

Apt-get source linux-image-`uname -r`

Если вы никогда до этого не применяли патчей к исходному коду, то выполните следующую команду:

Sudo apt-get install patch

Эта команда установит программу patch, необходимую для, как можно догадаться, применения патчей. Теперь скачайте файл патча в папку, куда вы распаковали ядро. Это может быть либо архивный файл (напр. Bzip2 или Gzip), либо несжатый patch-файл.

На данный момент подразумевается, что вы уже сохранили файл в ту папку, куда ранее распаковали ядро, и установили программу patch.
Если скачанный вами файл был в формате Gzip (*.gz), тогда выполните следующую команду для распаковки содержимого архива:

Gunzip patch-2.6.x.y.gz

Если скачанный вами файл был в формате Bzip2 (*.bz2), тогда выполните следующую команду для распаковки содержимого архива:

Bunzip2 patch-2.6.x.y.bz2

где 2.6.x.y - версия патча ядра. Соответствующие команды распакуют файл патча в папку с исходным кодом ядра. Прежде чем применить патч, необходимо удостовериться, что он заработает без ошибкок. Для этого выполните команду:

Patch -p1 -i patch-2.6.x.y --dry-run

где 2.6.x.y - версия патча ядра. Эта команда сымитирует применение патча, не изменяя сами файлы.

Если при её выполнении не возникнет ошибок, то изменения можно смело внедрять в сами файлы. Для этого выполните команду:

Patch -p1 -i patch-2.6.x.y

где 2.6.x.y - версия патча ядра. Если не было никаких ошибок, значит к исходному коду был успешно применён патч.

Внимание! Перед тем, как применять патч, проведите следующие действия: 1. Скачайте с http://www.kernel.org патч той же версии, что и ваших исходников. 2. Выполните следующую команду: patch -p1 -R

где 2.6.x.y - версия патча и ваших исходников

Шаг 4. Конфигурация будущей сборки ядра

Перейдите в папку, куда вы распаковали ядро, выполнив команду

Cd ~/linux-2.6.x.y

где 2.6.x.y - версия загруженного вами ядра.

На данный момент вы уже должны были определиться с методом конфигурации ядра (если нет, то ознакомьтесь с ними в разделе «Получение необходимых для сборки пакетов». В зависимости от этого, выполните следующую команду для запуска выбранного вами способа конфигурации:

config - традиционный способ конфигурирования. Программа выводит параметры конфигурации по одному, предлагая вам установить для каждого из них свое значение. Вызывается командой make config

oldconfig - файл конфигурации создаётся автоматически, основываясь на текущей конфигурации ядра. Рекомендуется для начинающих. Вызывается командой make oldconfig

defconfig - файл конфигурации создаётся автоматически, основываясь на значениях по-умолчанию для данной конкретной архитектуры. Вызывается командой make defconfig

menuconfig - псевдографический интерфейс ручной конфигурации, не требует последовательного ввода значений параметров. Рекомендуется для использования в терминале. Вызов: make menuconfig

gconfig и xconfig - графические конфигураторы для ручной настройки. Вызов: make gconfig

Make xconfig

соответственно

localmodconfig и localyesconfig - автоматические конфигураторы. Конфиг создается на основе вызванных в данных момент модулей и запущенного ядра. Разница между этими двумя конфигураторами в количестве модулей. В первом случае их будет не менее 50% ядра, а во-втором не больше 2 модулей. Вызов: make localmodconfig

Make localyesconfig

соответственно

После вызова соответствующая программа конфигурации будет запущена. Произведите необходимые настройки в соответствии с вашими потребностями, сохраните файл конфигурации и переходите к следующему шагу.

Шаг 5. Сборка ядра

Итак, приготовления завершены. Теперь можно запустить процесс сборки ядра. Чтобы это сделать, выполните команду:

Fakeroot make-kpkg -j 5 --initrd --append-to-version=-custom kernel_image kernel_headers #-j <количество ядер процессора>+1

Сборка ядра может занимать от 20 минут до нескольких часов в зависимости от конфигурации ядра и технических параметров компьютера. Сборка при многодерном процессоре может быть в несколько раз быстрее

Шаг 6. Установка образов и заголовков ядра

Когда сборка ядра подошла к концу, в вашей домашней папке появятся два deb-пакета. Их и необходимо установить. Для этого выполните команды:

Cd ~/ sudo dpkg -i linux-image-2.6.x.y-custom_2.6.x.y-custom-10.00.Custom_arc.deb sudo dpkg -i linux-headers-2.6.x.y-custom_2.6.x.y-custom-10.00.Custom_arc.deb

где 2.6.x.y - версия собранного ядра, arc - архитектура процессора (i386 - 32-бит, amd64 - 64-бит).
Если вы не знаете точного названия пакета, выведите список файлов в домашнем каталоге командой

и найдите эти самые два пакета.

Шаг 7. Генерация начального RAM-диска

Для корректной работы Ubuntu требует наличия образа начального RAM-диска. Чтобы его создать, выполните команду:

Sudo update-initramfs -c -k 2.6.x.y-custom

где 2.6.x.y - версия собранного ядра.

Шаг 8. Обновление конфигурации загрузчика GRUB

Для того, чтобы новая версия ядра была доступна для выбора при загрузке компьютера, выполните следующую команду:

Sudo update-grub

Файл menu.lst (для GRUB версии 1) или grub.cfg (для GRUB версии 2) обновится в соответствии с наличием установленных операционных систем и образов ядер.

Шаг 9. Проверка ядра

Сборка и установка ядра успешно выполнены! Теперь перезагрузите компьютер и попробуйте загрузить систему с новым ядром. Чтобы удостовериться, что система запущена с новым ядром, выполните команду

Uname -r

Она выведет на экран используемую версию ядра.

Если всё сделано правильно, то вы можете удалить архивы с исходным кодом и весь каталог linux-2.6.x.y в вашей домашней папке. Это освободит около 5 ГБ на вашем жёстком диске (размер освобождаемого пространства зависит от параметров сборки).

На этом процесс сборки и установки завершён, поздравляю!

Представьте, что у вас имеется образ ядра Linux для телефона на базе Android, но вы не располагаете ни соответствующими исходниками, ни заголовочными файлами ядра. Представьте, что ядро имеет поддержку подгрузки модулей (к счастью), и вы хотите собрать модуль для данного ядра. Существует несколько хороших причин, почему нельзя просто собрать новое ядро из исходников и просто закончить на том (например, в собранном ядре отсутствует поддержка какого-нибудь важного устройства, вроде LCD или тачскрина). С постоянно меняющимся ABI ядра Linux и отсутствием исходников и заголовочных файлов, вы можете подумать, что окончательно зашли в тупик.

Как констатация факта, если вы соберете модуль ядра, используя другие заголовочные файлы (нежели те, что были использованы для сборки того образа ядра, которым вы располагаете, - прим. пер.), модуль не сможет загрузиться с ошибками, зависящими от того, насколько заголовочные файлы отличались от требуемых. Он может жаловаться о плохих сигнатурах, плохих версиях и о прочих вещах.

Конфигурация ядра

Первый шаг - найти исходники ядра наиболее близкие к тому образу ядра, насколько это возможно. Наверное, получение правильной конфигурации - наиболее сложная составляющая всего процесса сборки модуля. Начните с того номера версии ядра, который может быть прочитан из /proc/version . Если, как я, вы собираете модуль для устройства Android, попробуйте ядра Android от Code Aurora, Cyanogen или Android, те, что наиболее ближе к вашему устройству. В моем случае, это было ядро msm-3.0. Заметьте, вам не обязательно необходимо искать в точности ту же версию исходников, что и версия вашего образа ядра. Небольшие отличия версии, наиболее вероятно, не станут помехой. Я использовал исходники ядра 3.0.21, в то время как версия имеющегося образа ядра была 3.0.8. Не пытайтесь, однако, использовать исходники ядра 3.1, если у вас образ ядра 3.0.x.

Если образ ядра, что у вас есть, достаточно любезен, чтобы предоставить файл /proc/config.gz , вы можете начать с этого, в противном случае, вы можете попытаться начать с конфигурацией по умолчанию, но в этом случае нужно быть крайне аккуратным (хотя я и не буду углубляться в детали использования дефолтной конфигурации, поскольку мне посчастливилось не прибегать к этому, далее будут некоторые детали относительно того, почему правильная конфигурация настолько важна).

Предполагая, что arm-eabi-gcc у вас доступен по одному из путей в переменной окружения PATH, и что терминал открыт в папке с исходными файлами ядра, вы можете начать конфигурацию ядра и установку заголовочных файлов и скриптов:

$ mkdir build $ gunzip config.gz > build/.config # или что угодно, для того, чтобы приготовить.config $ make silentoldconfig prepare headers_install scripts ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-eabi- O=build KERNELRELEASE=`adb shell uname -r`
Сборка silentoldconfig , наиболее вероятно, спросит, хотите ли вы включить те или иные опции. Вы можете выбрать умолчания, но это вполне может и не сработать.

Можно использовать что-нибудь другое в KERNELRELEASE , однако это должно совпадать в точности с версией ядра, с которого вы планируете подгружать модуль.

Написание простого модуля

Чтобы создать пустой модуль, необходимо создать два файла: исходник и Makefile . Расположите следующий код в файле hello.c , в некоторой отдельной директории:

#include /* Needed by all modules */ #include /* Needed for KERN_INFO */ #include /* Needed for the macros */ static int __init hello_start(void) { printk(KERN_INFO "Hello world\n"); return 0; } static void __exit hello_end(void) { printk(KERN_INFO "Goodbye world\n"); } module_init(hello_start); module_exit(hello_end);
Поместите следующий текст в файл Makefile в той же директории:

Obj-m = hello.o
Сборка модуля достаточна проста, однако на данном этапе полученный модуль не сможет загрузиться.

Сборка модуля

При обычной сборки ядра система сборки ядра создает файл hello.mod.c , содержимое которого может создать различные проблемы:

MODULE_INFO(vermagic, VERMAGIC_STRING);
Значение VERMAGIC_STRING определяется макросом UTS_RELEASE , который располагается в файле include/generated/utsrelease.h , генерируемом системой сборки ядра. По умолчанию, это значение определяется версией ядра и статуса git-репозитория. Это то, что устанавливает KERNELRELEASE при конфигурации ядра. Если VERMAGIC_STRING не совпадает с версией ядра, загрузка модуля приведет к сообщению подобного рода в dmesg:

Hello: version magic "3.0.21-perf-ge728813-00399-gd5fa0c9" should be "3.0.8-perf"
Далее, также имеем здесь определение структуры модуля:

Struct module __this_module __attribute__((section(".gnu.linkonce.this_module"))) = { .name = KBUILD_MODNAME, .init = init_module, #ifdef CONFIG_MODULE_UNLOAD .exit = cleanup_module, #endif .arch = MODULE_ARCH_INIT, };
Само по себе, это определение выглядит безобидно, но структура struct module , определенная в include/linux/module.h , несет в себе неприятный сюрприз:

Struct module { (...) #ifdef CONFIG_UNUSED_SYMBOLS (...) #endif (...) /* Startup function. */ int (*init)(void); (...) #ifdef CONFIG_GENERIC_BUG (...) #endif #ifdef CONFIG_KALLSYMS (...) #endif (...) (... plenty more ifdefs ...) #ifdef CONFIG_MODULE_UNLOAD (...) /* Destruction function. */ void (*exit)(void); (...) #endif (...) }
Это означает, что для того, чтобы указатель init оказался в правильном месте, CONFIG_UNUSED_SYMBOLS должен быть определен в соответствии с тем, что использует наш образ ядра. Что же насчет указателя exit, - это CONFIG_GENERIC_BUG , CONFIG_KALLSYMS , CONFIG_SMP , CONFIG_TRACEPOINTS , CONFIG_JUMP_LABEL , CONFIG_TRACING , CONFIG_EVENT_TRACING , CONFIG_FTRACE_MCOUNT_RECORD и CONFIG_MODULE_UNLOAD .

Начинаете понимать, почему обычно предполагается использовать в точности те же заголовочные файлы, с которыми было собрано наше ядро?

Static const struct modversion_info ____versions __used __attribute__((section("__versions"))) = { { 0xsomehex, "module_layout" }, { 0xsomehex, "__aeabi_unwind_cpp_pr0" }, { 0xsomehex, "printk" }, };
Эти определения берутся из файла Module.symvers , который генеруется в соответствии с заголовочными файлами.

Каждая такая запись представляет символ, требуемый модулю, и то, какую сигнатуру должен иметь символ. Первый символ, module_layout , зависит от того, как выглядит struct module , то есть, зависит от того, какие опции конфигурации, упомянутые ранее, включены. Второй, __aeabi_unwind_cpp_pr0 , - функция, специфичная ABI ARM, и последний - для наших вызовов функции printk .

Сигнатура каждого символа может отличаться в зависимости от кода ядра для данной функции и компилятора, использованного для сборки ядра. Это означает, что если вы соберете ядро из исходников, а также модули для данного ядра, и затем повторно соберете ядро после модификации, например, функции printk , даже совместимым путем, модули, собранные изначально, не загрузятся с новым ядром.

Так, если мы соберем ядро с исходниками и конфигурацией, достаточно близкими к тем, при помощи которых был собран имеющийся у нас образ ядра, есть шанс того, что мы не получим те же самые сигнатуры, что и в нашем образе ядра, и оно ругнулось бы при загрузке модуля:

Hello: disagrees about version of symbol symbol_name
Что значит, что нам нужен правильный, соответствующий образу ядра, файл Module.symvers , которым мы не располагаем.

Изучаем ядро

Поскольку ядро делает эти проверки при загрузке модулей, оно также содержит список символов, которые экспортирует и соответствующие сигнатуры. Когда ядро загружает модуль, оно проходит по всем символам, которые требуются модулю, для того, чтобы найти их в своей таблице символов (или прочих таблицах символов модулей, которые использует данный модуль) и проверить соответствующие сигнатуры.

Ядро использует следующую функцию для поиска в своей таблицы символов (в kernel/module.c):

Bool each_symbol_section(bool (*fn)(const struct symsearch *arr, struct module *owner, void *data), void *data) { struct module *mod; static const struct symsearch arr = { { __start___ksymtab, __stop___ksymtab, __start___kcrctab, NOT_GPL_ONLY, false }, { __start___ksymtab_gpl, __stop___ksymtab_gpl, __start___kcrctab_gpl, GPL_ONLY, false }, { __start___ksymtab_gpl_future, __stop___ksymtab_gpl_future, __start___kcrctab_gpl_future, WILL_BE_GPL_ONLY, false }, #ifdef CONFIG_UNUSED_SYMBOLS { __start___ksymtab_unused, __stop___ksymtab_unused, __start___kcrctab_unused, NOT_GPL_ONLY, true }, { __start___ksymtab_unused_gpl, __stop___ksymtab_unused_gpl, __start___kcrctab_unused_gpl, GPL_ONLY, true }, #endif }; if (each_symbol_in_section(arr, ARRAY_SIZE(arr), NULL, fn, data)) return true; (...)
Структура, используемая в данной функции, определена в include/linux/module.h:

Struct symsearch { const struct kernel_symbol *start, *stop; const unsigned long *crcs; enum { NOT_GPL_ONLY, GPL_ONLY, WILL_BE_GPL_ONLY, } licence; bool unused; };
Примечание: данный код ядра не изменился значительно за последние четыре года (видимо, с момента рассматриваемого релиза ядра 3.0, - прим. пер.).

То, что мы имеем выше в функции each_symbol_section - три (или пять, когда конфиг CONFIG_UNUSED_SYMBOLS включен) поля, каждое из которых содержит начало таблицы символов, ее конец и два флага.

Данные эти статичны и постоянны, что означает, что они появятся в бинарнике ядра как есть. Сканируя ядро на предмет трех идущих друг за другом последовательностей состоящих из трех указателей в адресном пространстве ядра и следом идущих значений типа integer из определений в each_symbol_section , мы можем определить расположение таблиц символов и сигнатур, и воссоздать файл Module.symvers из бинарника ядра.

К несчастью, большинство ядер сегодня сжатые (zImage), так что простой поиск по сжатому образу невозможен. Сжатое ядро на самом деле представляет небольшой бинарник, следом за которым идет сжатый поток. Можно просканировать файл zImage с тем, чтобы найти сжатый поток и получить из него распакованный образ.

Теги: Добавить метки

Пересборка ядра Linux дело очень интересное и почему-то часто отпугивает новичков. Но ничего сложного в этом нет, и скомпилировать ядро Linux бывает не сложнее, чем собрать (скомпилировать) любую другую программу из исходников. Пересборка ядра может понадобиться, когда вам требуются какие-нибудь функции, не включенные в текущее ядро, или же, наоборот, вы хотите что-то отключить. Все дальнейшие действия мы будем выполнять в Ubuntu Linux.

Установка утилит

Для настройки и сборки ядра Linux вам потребуется установить несколько пакетов, которые понадобятся для сборки и настройки ядра:  kernel-package , build-essential , libncurses-dev . Сделать это можно командой:

sudo apt-get install build-essential kernel-package libncurses-dev

Скачиваем исходный код ядра

Теперь нужно скачать исходный код ядра. Мы будем скачивать ядро для Ubuntu. Вы можете скачать определенную версию ядра, например, ту, которую вы в данный момент используете или же скачать самую последнюю версию. Для того, чтобы определить версию ядра Linux, которую вы используете, выполните команду uname с параметром -r:

Uname -r

Вывод команды будет примерно следующим:

$uname -r 2.6.27-11-generic

Имя пакета, содержащего исходные коды ядра обычно имеет следующий вид: linux-source-Версия. Например, для ядра версии 2.6.24: linux-source-2.6.24. Самая последняя версия ядра в репозиториях Ubuntu называется просто linux-source, без указания версии на конце. Для установки исходных кодов последней версии ядра Ubuntu Linux, выполните команду:

sudo apt-get install linux-source

Эта команда скачивает исходники ядра и размещает их в директории /usr/src . На момент написания заметки последняя версия ядра, которая была скачана — 2.6.27, ее мы и будем использовать. Если мы теперь перейдем в директорию /usr/src и выполним команду ls , то увидим, что среди файлов присутствует файл linux-source-2.6.27.tar.bz2. Это и есть исходные коды ядра Linux (ядра Ubuntu).

Распаковываем исходный код ядра

Перейдем в директорию /usr/src и разархивируем ядро. Для этого выполните следующие команды:

Cd /usr/src sudo tar xjf linux-source-2.6.27.tar.bz2 sudo ln -s linux-source-2.6.27 linux

Конфигурация ядра

Теперь перейдем к конфигурированию ядра. Чтобы не создавать конфигурацию с нуля, возьмем за основу конфигурацию ядра, которая в данный момент используется. Получить текущую конфигурацию можно выполнив команду make oldconfig . Выполните в терминале:

Cd /usr/src/linux sudo make oldconfig

В результате выполнения команды make oldconfig создастся файл.config , содержащий параметры конфигурации ядра.

Получить справку по всем параметрам make для ядра Linux вы можете, выполнив команду make help .

Для изменения конфигурации ядра мы воспользуемся консольной утилитой menuconfig . Для ее запуска выполните:

Sudo make menuconfig

Перед вами появится интерфейс, в котором вы можете включать или отключать определенные опции ядра:

Для примера я включу опцию «NTFS write support». Для этого, нажимая кнопку Вниз, найдите пункт «File systems» и нажмите Enter .

Вы окажетесь в меню настройки файловых систем. Найдите в этом списке пункт «DOS/FAT/NT Filesystems» и нажмите Enter .

Перейдите к пункту «NTFS write support» и нажмите Пробел, рядом с пунктом появится звездочка, означающая, что данная опция будет включена в ядро.

Теперь выберите «Exit» (нажав кнопку Вправо и затем Enter) и выйдите из утилиты. Перед выходом из утилиты выскочит сообщение с вопросом — сохранить проделанные изменения, выберите Yes.

Компиляция ядра

Пришло время скомпилировать ядро с теми изменениями, которые мы внесли на предыдущем шаге. Для начала выполним команду, которая удалит файлы (если они имеются), оставшиеся от предыдущей компиляции:

Sudo make-kpkg clean

Наконец, чтобы запустить компиляцию ядра, выполним команду:

Sudo make-kpkg --initrd --append-to-version=-mykernel kernel_image kernel_headers

Ключ -append-to-version используется, чтобы добавить к имени файла образа ядра, который мы получим после компиляции, строку -mykernel , чтобы было проще идентифицировать свое ядро. Вместо -mykernel вы можете использовать любой префикс.

Компиляция ядра занимает довольно много времени и может длиться от нескольких десятков минут до нескольких часов, в зависимости от мощности вашего компьютера.

Установка (инсталляция) ядра

После компиляции ядра вы получили на выходе два файла: linux-image-2.6.27.18-mykernel_2.6.27.18-mykernel-10.00.Custom_i386.deb, linux-headers-2.6.27.18-mykernel_2.6.27.18-mykernel-10.00.Custom_i386.deb. Мы воспользуемся командной dpkg -i , которая автоматически установит ядро и пропишет его в ваш загрузчик GRUB (в файл  /boot/grub/menu.lst). Отмечу, что ядро будет установлено, как ядро по умолчанию, поэтому если оно у вас не загрузится вам нужно будет загрузиться, используя ваше предыдущее ядро (оно должно быть в списке меню GRUB при загрузке компьютера) и вручную изменять файл menu.lst . Итак, для установки ядра выполните команды:

Dpkg -i linux-image-2.6.27.18-mykernel_2.6.27.18-mykernel-10.00.Custom_i386.deb dpkg -i linux-headers-2.6.27.18-mykernel_2.6.27.18-mykernel-10.00.Custom_i386.deb

Запуск системы с новым ядром

Проверим работоспособность системы с новым ядром. Перезагрузите компьютер. В меню загрузчика GRUB вы должны будете увидеть новый пункт, соответствующей вашему новому ядру, которое должно загрузиться по умолчанию. Если все пройдет успешно, то система запустится с новым ядром.

Ядро Linux содержит более 13 миллионов строк кода и является одним из самых крупных проектов с открытым исходным кодом в мире. Так что такое ядро Linux и для чего оно используется?

Ядро - это самый низкий уровень программного обеспечения, которое взаимодействует с аппаратными средствами компьютера. Оно отвечает за взаимодействие всех приложений, работающих в пространстве пользователя вплоть до физического оборудования. Также позволяет процессам, известным как сервисы получать информацию друг от друга с помощью системы IPC.

Виды и версии ядра

Что такое ядро Linux вы уже знаете, но какие вообще бывают виды ядер? Есть различные способы и архитектурные соображения при создании ядер с нуля. Большинство ядер могут быть одного из трех типов: монолитное ядро, микроядро, и гибрид. Ядро Linux представляет собой монолитное ядро, в то время как ядра Windows и OS X гибридные. Давайте сделаем обзор этих трех видов ядер.

Микроядро

Микроядра реализуют подход, в котором они управляют только тем, чем должны: процессором, памятью и IPC. Практически все остальное в компьютере рассматривается как аксессуары и обрабатывается в режиме пользователя. Микроядра имеют преимущество в переносимости, они могут использоваться на другом оборудовании, и даже другой операционной системе, до тех пор, пока ОС пытается получить доступ к аппаратному обеспечению совместимым образом.

Микроядра также имеют очень маленький размер и более безопасны, поскольку большинство процессов выполняются в режиме пользователя с минимальными привилегиями.

Плюсы

• Портативность
• Небольшой размер
• Низкое потребление памяти
• Безопасность

Минусы

• Аппаратные средства доступны через драйверы
• Аппаратные средства работают медленнее потому что драйверы работают в пользовательском режиме
• Процессы должны ждать свою очередь чтобы получить информацию
• Процессы не могут получить доступ к другим процессам не ожидая

Монолитное ядро

Монолитные ядра противоположны микроядрам, потому что они охватывают не только процессор, память и IPC, но и включают в себя такие вещи, как драйверы устройств, управление файловой системой, систему ввода-вывода. Монолитные ядра дают лучший доступ к оборудованию и реализуют лучшую многозадачность, потому что если программе нужно получить информацию из памяти или другого процесса, ей не придется ждать в очереди. Но это и может вызвать некоторые проблемы, потому что много вещей выполняются в режиме суперпользователя. И это может принести вред системе при неправильном поведении.

Плюсы:

• Более прямой доступ к аппаратным средствам
• Проще обмен данными между процессами
• Процессы реагируют быстрее

Минусы :

• Большой размер
• Занимает много оперативной памяти
• Менее безопасно

Гибридное ядро

Гибридные ядра могут выбирать с чем нужно работать в пользовательском режиме, а что в пространстве ядра. Часто драйвера устройств и файловых систем находятся в пользовательском пространстве, а IPC и системные вызовы в пространстве ядра. Это решение берет все лучшее из обоих предыдущих, но требует больше работы от производителей оборудования. Поскольку вся ответственность за драйвера теперь лежит на них.

Плюсы

• Возможность выбора того что будет работать в пространстве ядра и пользователя
• Меньше по размеру чем монолитное ядро
• Более гибкое

Минусы

• Может работать медленнее
• Драйверы устройств выпускаются производителями

Где хранятся файлы ядра?

Где находится ядро Linux? Файлы ядра Ubuntu или любого другого Linux-дистрибутива находятся в папке /boot и называются vmlinuz-версия. Название vmlinuz походит с эпохи Unix. В шестидесятых годах ядра привыкли называть просто Unix, в 90-х годах Linux ядра тоже назывались - Linux.

Когда для облегчения многозадачности была разработана виртуальная память, перед именем файла появились буквы vm, чтобы показать что ядро поддерживает эту технологию. Некоторое время ядро называлось vmlinux, но потом образ перестал помещаться в память начальной загрузки, и был сжат. После этого последняя буква x была изменена на z, чтобы показать что использовалось сжатие zlib. Не всегда используется именно это сжатие, иногда можно встретить LZMA или BZIP2, поэтому некоторые ядра называют просто zImage.

Нумерация версии состоит из трех цифр, номер версии ядра Linux, номер вашей версии и патчи или исправления.

В паке /boot можно найти не только ядро Linux, такие файлы, как initrd.img и system.map. Initrd используется в качестве небольшого виртуального диска, который извлекает и выполняет фактический файл ядра. Файл System.map используется для управления памятью, пока еще ядро не загрузилось, а конфигурационные файлы могут указывать какие модули ядра включены в образ ядра при сборке.

Архитектура ядра Linux

Так как ядро Linux имеет монолитную структуру, оно занимает больше и намного сложнее других типов ядер. Эта конструктивная особенность привлекла много споров в первые дни Linux и до сих пор несет некоторые конструктивные недостатки присущие монолитным ядрам.

Но чтобы обойти эти недостатки разработчики ядра Linux сделали одну вещь - модули ядра, которые могут быть загружены во время выполнения. Это значит что вы можете добавлять и удалять компоненты ядра на лету. Все может выйти за рамки добавления функциональных возможностей аппаратных средств, вы можете запускать процессы сервера, подключать виртуализацию, а также полностью заменить ядро без перезагрузки.

Представьте себе возможность установить пакет обновлений Windows без необходимости постоянных перезагрузок.

Модули ядра

Что, если бы Windows уже имела все нужные драйвера по умолчанию, а вы лишь могли включить те, которые вам нужны? Именно такой принцип реализуют модули ядра Linux. Модули ядра также известные как загружаемые модули (LKM), имеют важное значение для поддержки функционирования ядра со всеми аппаратными средствами, не расходуя всю оперативную память.

Модуль расширяет функциональные возможности базового ядра для устройств, файловых систем, системных вызовов. Загружаемые модули имеют расширение.ko и обычно хранятся в каталоге /lib/modules/. Благодаря модульной природе вы можете очень просто настроить ядро путем установки и загрузки модулей. Автоматическую загрузку или выгрузку модулей можно настроить в конфигурационных файлах или выгружать и загружать на лету, с помощью специальных команд.

Сторонние, проприетарные модули с закрытым исходным кодом доступны в некоторых дистрибутивах, таких как Ubuntu, но они не поставляются по умолчанию, и их нужно устанавливать вручную. Например, разработчики видеодрайвера NVIDIA не предоставляют исходный код, но вместо этого они собрали собственные модули в формате.ko. Хотя эти модули и кажутся свободными, они несвободны. Поэтому они и не включены во многие дистрибутивы по умолчанию. Разработчики считают что не нужно загрязнять ядро несвободным программным обеспечением.

Теперь вы ближе к ответу на вопрос что такое ядро Linux. Ядро не магия. Оно очень необходимо для работы любого компьютера. Ядро Linux отличается от OS X и Windows, поскольку оно включает в себя все драйверы и делает много вещей поддерживаемых из коробки. Теперь вы знаете немного больше о том, как работает ваше программное обеспечение и какие файлы для этого используются.

Иногда может потребоваться собрать своё собственное ядро Linux . Причины для этого могут быть следующими:

• вам нужно чистое ядро, без дистрибутивных патчей;
• вы хотите наложить собственные патчи (коих очень много);
• вы хотите собрать ядро под свою конфигурацию железа, выкинуть из него лишнее и/или заточить под определённые задачи;
• вы хотите включить в состав ядра эксперементальный драйвер или файловую систему, которой нет в "ванильном" ядре (например ZFS или Raiser 4 );

В сборке ядра нет ничего сложного. Важно лишь понимать, для чего это делается, а также не трогать те параметры, которые вам непонятны. В этой заметке я опишу два примера сборки ядра в Debian-based дистрибутивах. В первом примере я покажу как просто собрать чистое, что называется "ванильное" ядро (такое, каким его выпускает Линус Торвальдс ), а во втором - как применить собственные патчи и провести оптимизацию ядра. Сразу напишу два предупреждения:

• вам нужно будет пересобирать ядро при каждом его обновлении (качать "обновляющий патч", накладывать его и собирать ядро);
• пересобранное ядро может не заработать, если в вашей системе используются какие-нибудь хаки для обеспечения работоспособности того или иного оборудования;
• при неправильном конфигурировании ядра, особенно в случае неграмотного или бездумного наложения патчей, вы можете получить либо тормозящую до ужаса систему, либо лишиться её вовсе.

ВСЕ ДЕЙСТВИЯ ВЫ ПРОИЗВОДИТЕ НА СВОЙ СТРАХ И РИСК!

Простая сборка ядра без применения патчей.

Исходные коды ядра Linux находятся на сайте kernel.org . Там же находятся "обновляющие патчи" . Что нам нужно? Качаем с сайта тарболл (архив) с последней стабильной версией ядра (на момент написания статьи, это версия 4.3 ). Качаем любым удобным способом. Далее нам потребуются инструменты для сборки:

sudo apt install build-essential gcc kernel-package patch
sudo apt-get build-dep linux

После того как установятся все необходимые инструменты, распакуйте архив с кодом ядра в любую удобную директорию. Пусть это будет /home/user/KERNEL , где "user" - имя пользователя системы. Далее откройте терминал и перейдите туда:

cd /home/user/KERNEL

Осталось собрать ядро:

fakeroot make-kpkg -j 3 --initrd --append-to-version=-custom kernel_image kernel_headers #-j 3

Цифра 3 после j - это количество ядер вашего процессора + 1. То есть для двухядерного это 3, для 4-х ядерного это 5 и так далее.
-custom - здесь можете указать удобное имя для ядра, чтобы было легче его отличить от дистрибутивного.
kernel_image и kernel_headers - это само ядро и его заголовочные файлы соответственно. Headers необходимы для сборки драйверов и модулей ядра, а также для некоторых других целей. После выполнения этой команды, начнут появляться несколько вопросов по конфигурированию ядра. Так как мы всё оставляем по умолчанию, просто жмите Enter пока не начнётся сборка. В зависимости от мощности вашего компьютера, сборка может занять от 15-20 минут до нескольких часов. После сборки, в директории /home/user появятся два deb-пакета : ядро и заголовки. Установите их командой:

sudo dpkg -i linux-image-4.3*deb linux-headers-4.3*deb
sudo update-grub

И перезагрузитесь. В меню GRUB теперь можно будет выбрать для загрузки системы другое ядро.

Сборка ядра с применением патчей и дополнительной конфигурации.

В этот раз мы соберём оптимизированное ядро для работы со звуком и видео, а также для большей отзывчивости системы. Для этого мы применим два патча: так называемый патч для режима реального времени (PREEMPT RT ) и патч для компилятора GCC , чтобы добавить дополнительные опции для процессорных оптимизаций. Для начала, что такое патч? Патч - это текстовый файл, который создаётся программой diff , содержащий в себе изменения кода в определённых частях, которые при применении патча, заносятся в нужные места. Так как RT-патч выходит с большим запаздыванием, последняя его версия - для ядра 4.1 . Впрочем это не так важно. По той же схеме, качаем ядро 4.1 с kernel.org и распаковываем в директорию /home/user/KERNEL-CUSTOM . Теперь качаем патчи. PREEMPT_RT и GCC Patch . Из скачанных архивов, нам нужны файлы с расширением.patch, которые необходимо положить в каталог с исходным кодом ядра. То есть в /home/user/KERNEL-CUSTOM . Перед применением патчей нужно убедиться, что не будет никаких ошибок. Открываем терминал:

cd /home/user/KERNEL-CUSTOM
patch -p1 -i patch-4.1.13-rt15.patch --dry-run

Опция --dry-run позволяет симулировать применение патча, без внесения изменений в файлы. Если ошибок не обнаружено (см. скриншот) - примните патч уже без опции --dry-run . Аналогичные действия проведите и со вторым патчем. Не применяйте одновременно больше одного патча! Теперь нам нужно сконфигурировать наше ядро. На выбор нам предлагаются следующие варианты:

make config - в терминал будут поочерёдно выводиться вопросы о конфигурации той или иной подсистемы ядра. Крайне долгий и утомительный процесс. Забудем о нём:)
make oldconfig - будет задействована конфигурация работающего в данный момент ядра. Так как мы собираем своё с нуля, этот способ также бесполезен.
make defconfig - аналогично предыдущему, только значения будут по умолчанию. Такими, какими его задали разработчики ядра. Аналог первого способа сборки.
make menuconfig - псевдографический интерфейс на основе библиотеки Ncurses . На экран будет выводиться интерфейс с удобным иерархическим меню. Управления с помощью клавиш направления, пробела и клавиши TAB. Рекомендуется если вы собираете ядро в системе, не имеющей графической оболочки.
make gconfig GTK , рекомендуется в окружениях GNOME, Mate, Xfce, Cinnamon, Unity и прочих, использующих GTK.
make xconfig - графический интерфейс на основе Qt . Рекомендуется в KDE. Так как в моей системе используется KDE, я воспользуюсь этим способом. Помимо этого есть ещё пара способов, но их применения ни чем особенным не отличается. Итак, после применения патчей, запускаем make xconfig и перед нами предстаёт вот это:

Первым делом выключаем dynticks . Для этого идём в Timers subsystem и выбираем Periodic timer ticks

Теперь самое вкусное. Идём в Processors type and features , ищем пункт Processor famaly и указываем вашу серию процессора. К примеру если у вас Intel Core i5-4xxx , указывайте Hasswell (4 поколение процессора). Если вы точно не уверены, то можете выбрать пункт Native optimizations autodetected by GCC . В этом случае, при сборке, компилятор сам определит что поддерживает ваш процессор, и включит все его фичи.

Идём ниже и включаем параметр Full preemptible kernel (RT) . Режим жёсткого реального времени.

Листаем ниже и в пункте Timer frequency выставляем частоту системных прерываний на 1000 Гц

Полностью выключаем любое энергосбережение. Это важно! Слева ищем пункт Power management and ACPI options и снимаем галочку с ACPI. Также выключаем энергосбережение процессора

Вот и всё. При желании (и тщательном изучении документации), вы можете внести дополнительные изменения в конфигурацию (отключить лишние драйверы, задействовать дополнительные подсистемы и так далее). Теперь сохраняем конфиг через File - Save , закрываем конфигуратор и собираем ядро:

fakeroot make-kpkg -j 3 --initrd --append-to-version=-rt-custom kernel_image kernel_headers #-j 3
sudo update-grub

На моём компьютере с процессором Intel Core i3-550 (3.2 ГГц), прирост производительности был довольно ощутимый. Но самое главное - при работе в LMMS и Kdenlive , исчезли периодические заикания рассинхронизация звуковой и видеодорожек, а также подвисания при сильной нагрузке на жёсткий диск. Вывод - работает! Напоследок опишу два модифицированных ядра, которые весьма популярны в кругах линуксоидов:

PF-kernel - самый популярный набор патчей от украинца Александра Наталенко (aka post-factum) . Это набор патчей, которые не входят в основное ядро, но обеспечивают повышенную отзывчивость системы, предоставляют альтернативную подсистему гибернации, более быструю, нежели основная, а также уменьшают использование памяти с помощью техники объединения одинаковых страниц. В набор входят:

• планировщик процессов BFS от Кона Коливаса (Con Kolivas) с дополнительными исправлениями от Альфреда Чена (Alfred Chen);
• планировщик ввода-вывода BFQ от Паоло Валенте (Paolo Valente), Арианны Аванзини (Arianna Avanzini) и Мауро Маринони (Mauro Marinoni);
• подсистема гибернации TuxOnIce от Найджела Каннингема (Nigel Cunningham);
• реализация техники слияния одинаковых страниц в памяти UKSM от Най Ся (Nai Xia);
• патч от Graysky, расширяющий список процессоров для оптимизации ядра компилятором (тот, что мы применили выше)

Репозиторий модифицированного ядра . Официальный сайт .

Zen-kernel - второй по популярности, но первый по количеству патчей набор. Zen Kernel использует комбинацию нескольких проектов, обновляет код через git-репозиторий, а также имеет несколько специфичных для Zen вещей, стремящихся удовлетворить большинство потребностей пользователей, реализовав их в одном ядре. Некоторые возможности патча: drm-next, wireless-testing, выбор планировщиков CPU (CFS/BFS), BFQ-планировщик ввода-вывода, aufs, unionfs, reiser4, tuxonice, PHC и многие другие вещи, которые замечательно подойдут для оптимизации настольных систем или ноутбуков. Всё это доступно в виде одного патча к ванильному ядру. Официальный сайт . GIT- репозиторий . Пакеты для Debian/Ubuntu .

На сегодня, пожалуй, всё. Больше информации вы можете найти в ссылках к статье. Всё описанное в статье проверено мной на многих конфигурациях.