Linux内核模块（一）

Linux 内核组件主要包括：

·    文件系统模块 (VFS)

主要负责文件系统的管理，在 2.6 内核中，支持 ext2 、 ext3 、 ext4 、 ocfs2 、 jfs 、 xfs 、 reiserfs 、 gfs 及网络文件系统 nfs 、 cifs 等。

此类源码文件位于 /usr/src/kernels/$(uname -r)/fs/ 目录下

·    内存管理模块

主要负责物理内存和虚拟内存的资源分配

源码文件位于 /usr/src/kernels/$(uname -r)/mm/ 和 /usr/src/kernels/$(uname -r)/arch/*/mm/ 目录下

·    进程管理模块

主要负责进程的资源分配协调管理

源码文件位于 /usr/src/kernels/$(uname -r)/arch/ 和 /usr/src/kernels/$(uname -r)/include/*/arch/ 目录下

·    进程间通信模块

主要负责协调进程之间的资源分配关系以及进程资源的竞争分配

·    网络接口模块 ( 非必选模块 )

 

内核源码         ： /usr/src/kernels/$(uname -r)/                               ( 默认不安装 )

内核模块         ： /lib/modules/$(uname -r)/kernel/

内核引导文件       ： /boot/vmlinuz-$(uname -r)

RAM Disk        ： /boot/initrd-$(uname -r).img 、 /boot/initramfs-$(rname -r).img

内核模块配置文件： /boot/config-$(uname -r)

内核符号列表文件： /boot/System.map-$(uname -r)

内核参数配置文件： /etc/modprobe.conf 、 /etc/modprobe.d/modprobe.conf

Linux的模块化配置：将公版部分(常用的)编译到内核中，个性化部分(不常用的/驱动程序)独立出来编译成模块在用户空间中进行加载所需的模块到内核中
[root@rhel6 ~]# ls /lib/modules/$(uname -r)/kernel
arch    crypto  drivers fs      kernel      lib     mm      net     sound
arch    ：与硬件平台有关的项目，大部分指的是 CPU 的类别，例如 x86, x86_64, Xen 虚拟支持等；
crypto  ：核心所支持的加密的技术，例如 md5 或者是 des 等等；
drivers ：一些硬件的驱动程序，例如显卡、网络卡、PCI 相关硬件等等；
fs      ：核心所支持的 filesystems ，例如 vfat, reiserfs, nfs 等等；
kernel  ：定义核心的程序、核心状态、运行绪、程序的排程 (schedule)、程序的讯号 (signle) 等
lib     ：一些函数库；
mm   ：与内存单元有关的各项数据，包括 swap 与虚拟内存等；
net     ：与网络有关的各项协议数据，还有防火墙模块 (net/ipv4/netfilter/*) 等等；
sound   ：与音效有关的各项模块；


●vmlinuz-$(uname -r) 内核引导文件
vmlinuz是可引导的、压缩的内核,在内核编译过程中创建，也可以使用make zImage(小内核)或make bzImage(大内核)来创建。其中vm表示"Virtual Memory".Linux能够使用硬盘空间作为虚拟内存,不像老的操作系统比如DOS有640KB内存的限制。
[root@rhel5 ~]# file /boot/vmlinuz-2.6.18-194.el5
/boot/vmlinuz-2.6.18-194.el5: ELF 64-bit LSB shared object, AMD x86-64, version 1, stripped
[root@rhel6 ~]# file /boot/vmlinuz-2.6.32-220.el6.x86_64
/boot/vmlinuz-2.6.32-220.el6.x86_64: Linux kernel x86 boot executable bzImage, version 2.6.32-220.el6.x86_64 (mockbuil, RO-rootFS, root_dev 0x901, swap_dev 0x3, Normal VGA


●initrd-$(uname -r).img、initramfs-$(uname -r).img文件
initrd.img是一个内核映像文件，即"initrd RAM Disk".对vmlinuz内核文件解压之后，在真正的rootfs(根文件系统)启动之前被加载到内存中。是在系统引导过程中挂载的一个临时rootfs，用来支持两阶段的引导过程。initrd文件中包含了各种可执行程序和驱动程序，它们可以用来挂载真正的rootfs，然后再将这个 initrd RAM Disk 卸载，并释放内存。在很多嵌入式Linux 系统中，initrd 就是最终的rootfs。

其实装入本地linux系统时可以不用initrd，只要在kernel参数中加入root参数就可以了。
在boot loader加载kernel后, kernel需要执行系统中的/sbin/init, 读取这个文件就必须先mount rootfs。早期是通过启动时在kernel参数中加入root参数就告诉内核rootfs在哪个设备上。但随着硬件和技术的发展，现在rootfs可能位于一个网络存储如NFS上, 可能由于RAID而散布于多个设备上, 可能位于一个加密设备上需要提供用户名和密码,这时root参数就显得不够了。
为了应付这种局面, 先后出现两种机制来作为boot loader装载kernel到真正的/sbin/init执行这个启动过程的桥梁：initrd和initramfs。
2.6版以前除了内核vmlinuz之外还有一个独立的initrd.img映像文件，内核在初始化后会mount initrd.img作为一个临时的rootfs到内存中，而init进程就是在initrd.img里的，然后init进程会挂载真正的rootfs，然后umount initrd.img。但2.6之后采用initramfs，它是一个cpio格式的内存文件系统(可直接通过lsinitrd命令查看).两者有类似的地方，比如都是由内核执行其中的某个程序(initrd是/linuxrc, initramfs是/init)来加载驱动(如rootfs位于U盘上必须先加载U盘的驱动)并加载真正的rootfs。

dracut 是下一代的 initramfs 系统,是在RHEL6/CentOS6和Fedora11以上的版本才出现的。和前一代 initramfs 系统的不同点在于，dracut 设计上就考虑到了映像尺寸的问题，尽量避免硬编码，以提高生成的 cpio 映像载入内存的速度; 实现上，由于initramfs 的唯一作用就是挂载rootfs(因此不需要把一堆无用的都装进去)，它主要依赖 udev 去获取 rootfs 的设备节点，一旦 rootfs 节点出现则立刻切换过去。另外它采用了模块化的方式，使用者可自由在 %{_libdir}/dracut/modules.d 下创建他需要的特殊模块，可扩展性很强。最后它的使用方式和 mkinitrd 非常接近，迁移成本较低。
[root@rhel6 ~]# dracut [--hostonly] initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)
--hostonly  :生成的 initramfs 映像只能在本机使用,既不能把硬盘移到�e的机器上引导，也不能调整根分区

[root@rhel5 ~]# file /boot/initrd-2.6.18-194.el5.img
/boot/initrd-2.6.18-194.el5.img: gzip compressed data, from Unix, last modified: Tue Dec 18 21:15:30 2012, max compression
[root@rhel6 ~]# file /boot/initramfs-2.6.32-220.el6.x86_64.img
initramfs-2.6.32-220.el6.x86_64.img: gzip compressed data, from Unix, last modified: Sat Dec  1 19:19:41 2012, max compression


●config-$(uname -r)
config为当前Linux内核的模块配置文件，即在当前Linux内核中，系统已启动了哪些模块，哪些内容已编译到Linux内核等等，都可通过此文件来查看
在编译内核时，由make menuconfig、make xconfig、make gconfig命令生成".cofig"文件。可将其复制到/boot/目录下，重命名为config-$(uname -r)
[root@rhel6 ~]# cat /boot/config-2.6.32-220.el6.x86_64
# File systems
CONFIG_EXT4_FS=m                                "m"表示编译为一个模块
CONFIG_EXT4_FS_XATTR=y                          "y"表示编译到内核
CONFIG_EXT4_FS_POSIX_ACL=y
CONFIG_EXT4_FS_SECURITY=y
# DOS/FAT/NT Filesystems
CONFIG_FAT_FS=m
CONFIG_MSDOS_FS=m
CONFIG_VFAT_FS=m
CONFIG_FAT_DEFAULT_CODEPAGE=437
CONFIG_FAT_DEFAULT_IOCHARSET="ascii"
# CONFIG_NTFS_FS is not set                     "not set"表示没有编译到内核,即内核不支持NTFS文件系统


●System.map-$(uname -r)
在Linux内核编译完成后，一般会在/boot/目录下生成一个以system.map-*的文件


●内核模块参数的配置文件
RHEL5：/etc/modprobe.conf
RHEL6：/etc/modprobe.d/modprobe.conf
[root@rhel5 ~]# cat /etc/modprobe.conf
alias eth0 e1000                                设置网卡驱动模块别名为eth0
alias eth1 e1000                                添加网卡驱动模块别名为eth1
alias bond0 bonding                             添加bonding驱动模块别名为bond0
options bonding miimon=100 mode=0               添加bonding模块选项
alias scsi_hostadapter1 mptspi                  设置SCSI主机卡设备
alias snd-card-0 snd-hda-intel                  设置声卡别名
options snd-card-0 index=0                      设置声卡选项
options snd-hda-intel index=0
remove snd-hda-intel { /usr/sbin/alsactl store 0 >/dev/null 2>&1 || : ; }; /sbin/modprobe -r --ignore-remove snd-hda-intel                      配置声卡选项