aspectos do kernel do linux e instalação

8/3/2019 Aspectos do Kernel do Linux e Instalação

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Aspectos do Kernel doLinux e Instalação

Prof. Mauro Tapajós



ObjetivosNivelar os participantes do projeto Itautec nos

vários aspectos do kernel do sistema Linuxque será uma das plataformas a serem

analisadas sobre as máquinas Itautec Levantar as questões relevantes sobre o

assunto para a pesquisa em andamento do

projeto Investigar as dúvidas que ocorrerem aos

participantes e esclarecê-las para que apesquisa siga adiante

http://www.kernel.org/powered.html



Kernel do Linux Trata-se do componente central deste sistema

operacional (core) Totalmente customizável – pode ficar pequeno e

compacto Monolítico (é a escolha Pode rodar em hardwares modestos Grande compatibilidade

– Filesystems (Windows, OS/2, MAC OS, Solaris, SunOS,NeXTSTEP, BSD, etc) – Rede (Ethernet, Fast e Giga, FDDI, HIPPI, Token Ring,

WaveLAN, DEC Roamabout) – Com as bibliotecas adequadas pode até rodar programas

escritos para outros SO’s



Características do Kernel

Multitarefa real - gerencia o tempo de CPU entre osvários processos

Multiprocessamento – pode trabalhar com vários

processadores Gerenciamento otimizado de memória, com suporte a

memória virtual (swap)

Faz a gestão de recursos da máquina (portas seriais,

impressoras, rede, etc) Continuamente atualizado (evolução de hardware)



Características do Kernel

Controla e media o acesso ao hardware

Controla os filesystems, apresentando qualquer dispositivo de armazenamento numa formapadronizada

Implementa e suporta abstrações fundamentais ao

sistema como processos, arquivos, dispositivos,

usuários, rede, filesystems

Controla a distribuição de recursos do sistema

Realiza tarefas de manutenção rotineiras



Modo de Operação

Execução de processos em modo kernel / usuário

Kernel reentrante – possibilidade de rodar vários

processos em kernel mode

Não preemptivo (em sistemas monoprocessados)

Kernel control path – sequência de instruções

executada pelo kernel em resposta a chamadas de

sistema, interrupções ou exceções

É interessante se rodar com as interrupções

habilitadas na maior parte do tempo



Plataformas Suportadas

• alpha (HP)

• arm

• cris (thin servers)

• i386 • Ia64 – itanium

• m68k

• mips e Mips64

• parisc (HP)• ppc

• s390 e s390x (IBM zSeries)

• sh (superH Hitachi)

• sparc e sparc64 (SUN)



Numeração dos kernels

Formato X.Y.Z, ondeX – número de versão

Y

se for par – é uma versão estável se for ímpar – é uma versão em desenvolvimento

Z – número do release (estável ou beta)

O kernel 2.4 (atual) foi lançado em jan/2001



Características da Versão 2.4 do kernel

Não há mais a limitação de 1024 processos/threads

Melhor suporte multiprocessador (SMP)

Suporte USB e PCMCIA interno no kernel e não em

pacotes separados Suporte genérico a portas paralelas

Melhor suporte a filesystems e NFSv3

Facilidade na importação de filesystems externos(tecnologia de filesystem virtual)

Melhor suporte a memória virtual

Novos dispositivos são suportados



Algumas Distribuições Linux



Layout Básico dos diretórios do Linux

/binArquivos aplicativos/utilitários binários executáveis

/sbin Arquivos binários executáveis essenciais ao sistema

/etc Arquivos de inicialização, configuração e administração do sistema

/root Diretório pessoal do usuário root

/dev Arquivos de dispositivos

/lib Bibliotecas

/lib/modules Módulos que podem ser carregados no kernel

/mnt Ponto de montagem de filesystems temporários

/var Arquivos permanentemente atualizados e que mudam muito detamanho como, por exemplo, logs e spools de impressão

/usr Arquivos de aplicações do sistema

/usr/src/linux Arquivos de código-fonte do kernel do Linux

/usr/doc Alguns arquivos com documentação específica

/boot Arquivos usados na inicialização (boot)

/tmp Arquivos temporários

/home Arquivos locais dos usuários

/opt Arquivos de instalação de aplicações

/lost+found Blocos de filesystem encontrados perdidos pelo comando fsck

/proc Informações do sistema: processos, dispositivos, memória,filesystems, etc.



Diretório /proc

Diretório especial ilusório criado pelo kernel em memória paradisponibilizar informações online sobre o sistema

Permite acesso à várias informações sobre o que está

acontecendo na máquina

Exemplos:

/proc/x – informações do processo de número x/proc/cpuinfo – processador, tipo, modelo, etc

/proc/devices – lista de dispositivos no kernel atual

/proc/modules – lista os módulos carregados no momento



Applications

System Libraries (libc)

System Call Interface

Hardware

Architecture-Dependent Code

I/O Related Process Related

Scheduler

Memory Management

IPC

File Systems

Networking

Device Drivers

M o

d u

l e s

Arquitetura do Kernel



Arquitetura do Kernel



Kernel

Isola o hardware das aplicações (intermediário)



Memória Memória usada pelos processos (Texto, dados e pilha)



Gerenciamento de Memória

Parte da memória física de um sistema é alocada parao kernel e suas estruturas de dados estáticas

A outra parte é gerenciada pelo sistema de memóriavirtual, atendendo ao kernel, processos e caches de

dispositivos de I/O

Cada processo terá sua área de endereçamentoprivativa

Várias cópias do mesmo processo podem compartilhar

sua execução, separando apenas as áreas de dados



Usada para disponibilizar memória virtual e task

swapping

Vantagens – Rodar processos que exigem mais memória que a fisicamente

instalada no sistema – Somente parte do código de um programa é armazenada na

memória físisca – Pode-se realocar programas para qualquer área da memória

física do sistema

O kernel cria um espaço de endereçamento virtualúnico de forma que memória física e memória virtualse tornam transparente para processos

Um mapeamento automático traduz endereços de

memória em endereços físicos

Memória Virtual



Swapping – cópia de todo o escopo de um processopara o disco

Paginação – cópia de partes (páginas) para o disco (4kb)

Dependendo da aplicação, velocidade desejada etamanho da RAM, o espaço de memória virtual podeter de 1 a 3 vezes o tamanho da RAM

Pode-se ter 16 áreas de swap em disco, inclusive em

discos diferentes! Alguns comandos envolvidos:

mkswap

swapon / swapoff

free

Memória Virtual



Interação com o Kernel

Chamadas de Sistema - normalmente exigemendereços de memória como parâmetros

Endereços errados podem causar crash

O kernel deve checar se os endereços estãocoerentes antes de realizar a chamada(através de funções específicas) ou apenas

tratar as falha a nível de kernel modeNeste caso é enviado um sinal para o

processo falho (SIGSEGV)



Interrupções Possibilidade do hardware se comunicar com o

sistema

Usadas pelos device drivers

Números de interrupções – Primeiro conjunto : 0-7

– Segundo conjunto : 8-15

Em placas SMP – irq13 para interrupções Interprocessador

– irq16 para SMP reschedule



Chamadas de Sistema

Exemplos:

kill ()

sigaction ()sigprocmask ()

sigpending ()

ssetmask()

sigsuspend()

settimer

fork



Interação com o Kernel

Exceções – falha de hardware ou instruçãofalha

Processos podem criar seus timers paracontrole temporizado de eventos

Necessidade de controle do kernel para estes

timers (ordenação e ticks de 10 ms - i386)



Sinais

Mensagens do sistema para processos emexecução

Cada sinal tem um número e significação

Exemplos:

SIGHUP 1 hangupSIGINT 2 interruptSIGQUIT 3 quitSIGILL 4 illegal instructionSIGTRAP 5 trace trapSIGBUS 7 bus error SIGFPE 8 arithmetic exceptionSIGKILL 9 kill (cannot be caught, blocked, or ignored)



Devices Device driver – permite a interação do kernel com o dispositivo de

I/O Os DD podem ser módulos do kernel e podem se carregados e

descarregados dinamicamente sob demanda

O diretório /dev contém os arquivos de dispositivos (não sãodrivers para o dispositivo) Existem arquivos de dispositivos para dispositivos abstratos como

/dev/null e /dev/log Exemplo: Dispositivos para HD’s

/hda1: primeiro HD primeira partíção

/hda2: primeiro HD segunda partíção

/hdb1: segundo HD primeira partíção

/hdb2: segundo HD segunda partíção



Arquivo de dispositivo

O arquivo de dispositivo é o arquivo que representa ohardware no sistema

O ponto de montagem é o diretório onde o filesystem é

montado Os drivers dos dispositivos são partes do kernel

responsáveis em controlar os diversos hardwares damáquina

Os dispositivos se comunicam com o kernel atravésdos arquivos do diretório /dev



Acesso a dispositivos



SMP - Symmetrical MultiProcessor O kernel suporta o trabalho de vários processadores

em paralelo Sistemas Multiprocessados – vários kernels control

path

O procedimento de desabilitar interrupções dehardware não faz sentido em sistemasmultiprocessados (outros processo de kernel podemacessar os dados protegidos na região crítica)

Semáforos ou spin locks podem ser usados paramanter a integridade de estruturas de dados emsistemas multiprocessados

As estruturas de dados de processos (tasks) deveconter informação de que processador está

executando o processo



Compilação do Kernel

Razões:

1. Kernel mais simples / leve2. Kernel mais genérico

3. Kernel com suportes específicos

Pode-se gerar um kernel numa máquina maisrápida e depois copiá-lo para uma mais lenta




Procedimento:

1. make config / menuconfig / xconfig

2. make dep

3. make clean

4. make zImage/bzimage/bzdisk

5. Cópia da imagem gerada para o diretório

/usr/src/Linux/arch/i386/boot/zImage ou umdiskette (bzdisk)

6. make modules

7. Make modules_install

8. Atualização do LILO (ou outro boot manager)




HARDWARE-How To – listas de compatibilidade como kernel

Checar se as versões de gcc e libc são as corretas Ao chamar algum dos comandos config, será

apresentado um lista das opções possíveis do kernel Itens que variam de acordo com a versão do kernel,

como:

– Suporte SCSI – Itens de Networking – Adequação para determinadas famílias de

processadores



Suporte a Módulos Alternativas para um kernel lidar com vários

dispositivos: microkernel (exige muita comunicaçãointerprocesso) e suporte a módulos

Linux usa módulos em razão da eficiência,

normalmente device drivers Quase todas as partes do kernel podem ser

transformadas em módulos O kernel possui uma tabela de símbolos que indica o

módulo que deve ser carregado Modernas arquiteturas podem realizar o check dohardware e o kernel pode identificar os dispositivos emtempo de boot para carregar os móduloscorrespondentes



Suporte a Módulos

Processo kerneld – não é mais usado

Nos novos kernels, esta função pode ser feita pelo

próprio kernel (opção kmod de compilação) Alguns comandos envolvidos:

modprobe

insmod

rmmod



Instalação do Kernel

Make bzlilo (somente se o lilo estiver em/sbin/ e o kernel está em vmlinuz)

Ou usar o lilo diretamente configurando oarquivo /etc/lilo.conf

Outro boot manager - GRUB

Á



/usr/src/linuxDocumentation

arch

fs

init kernel

include

ipc

drivers

net

mmlib

scripts

alphaarm

i386

ia64

m68k

mips

mips64

ppc

s390

sh

sparc

sparc64

acorn

atm

block cdrom

char

dio

fc4

i2c

i2o

ide

ieee1394

isdn

macintosh

misc

net

…

adfs

affs

autofs

autofs4

bfs

code

cramfs

devfsdevpts

efs

ext2

fat

hfs

hpfs

…

asm-alpha

asm-armasm-generic

asm-i386

asm-ia64

asm-m68k

asm-mips

asm-mips64

…

linux

math-emu

net

pcmcia

scsi

video

adfs

affs

autofs

autofs4

bfs

code

cramfs

devfsdevpts

efs

ext2

fat

hfs

hpfs

…

802

appletalk

atmax25

bridge

core

decnet

econet

ethernet

ipv4

ipv6

ipx

irda

khttpd

lapb

…

Formato da Árvore de Código Fonte do Linux



documentation – documentos dos desenvolvedores divididos por itens

específicos arch

– um subdiretório para cada arquitetura, sendo que cada umpode ter subdiretórios para /usr/src/linux/ específicos para aarquitetura

– O lib contém rotinas já otimizadas para a plataforma emquestão (memcpy, checksums, etc)

drivers – Maior parte do código (~1.5M) – Subdiretórios específicos (por exemplo: SCSI)

fs – Mecanismos de virtual filesystem (VFS) – Subdiretórios para cada tipo de fs

Código Fonte do Linux



include – Contém os arquivos de definições (include) usadoslinux

math-emu

net pcmcia

scsi

video

– Porções específicas do kernel sao guardadas com estruturas

#ifdefs

#ifdef __KERNEL__

/* kernel stuff */

#endif




init – Processos de inicialização – Somente dois arquivos

version.c – contains the version banner that prints at boot

main.c – architecture-independent boot code

– Implementam a função start_kernel

ipc – Implementação de comunicação interprocesso System V

(semáforos, memória compartilhada e filas de mensagens)




kernel

– Código core do sistema

– sched.c (o arquivo principal do kernel) - scheduler, wait

queues, timers, alarms, task queues – Interrupçoes (irq.c)

– Controle de processos (fork.c, exec.c, signal.c,

exit.c - acct.c, capability.c, exec_domain.c)

– Suporte a módulos (kmod.c, ksyms.c, module.c)

– Outras operações (time.c, resource.c, dma.c,softirq.c, itimer.c, printk.c, info.c,

panic.c, sysctl.c, sys.c)




lib – Compressores do tipo gzip – Analisadores de comandos e erros – Rotinas de suporte

mm – Gerenciamento de memória – Paginação e swapping , políticas, rotinas de baixo nível – Alocação e liberação de memória – Memória virtual – Mapeamento de memória

net – Networking

– Em constante alteração scripts

– Configurações do kernel em menus – Patching




Desenvolvimento no Linux

Scripts (Awk, perl, shells)

WEB: html, php, javascript

Linguagem C, C++ Java

Velhas Linguagens: cobol e lisp

Bibliotecas: sockets, rpc, motif (paga)Comunicação entre processos: FIFO, RPC,

IPC



Desenvolvimento no Linux -Ferramentas

Script configure (autoconf)

gcc (cc)

Ambientes gráficos (xwpe, proprietários)

Bibliotecas dinâmicas e estáticas (.a e .so)

Linkagem: ld



Ferramenta make

make: determina que partes de um programadevem ser recompiladas em função de umaalteração.

Aceita qualquer linguagem

Arquivo Makefile

Várias possibilidades (target )



Instalação de Aplicativos

Aplicações no Linux são, como nos outrossistemas, um conjunto de arquivos com pelomenos um executável

Normalmente vem num formato padrão ouapresentarão um script que automatiza astarefas de instalação

Utilitário install



RPM – RedHat Packets Management

Formato padrão desenvolvido pela RH

Baseado num pequeno utilitário de mesmo nome

Modos de operação (Instalação, verificação, consulta,desinstalação, etc)

Nomenclatura dos arquivos dos pacotes

Nome-versão-release.arquitetura.rpm

Base de dados RPM: /var/lib/rpm/*



RPM – RedHat Packets Management

Comandos básicos

Listagem dos pacotes instaladosrpm –qi(a)

Instalação de um pacoterpm –i <pacote>

Desinstalação

rpm –e <pacote>



Outras Maneira de Instalar

Aplicativos na forma de código fonte

Deve-se compilar o pacote, gerando seus

executáveisNormalmente vem na forma de um arquivo tar

LER A DOCUMENTAÇÃO!!!

O sistema deverá ter os aplicativos decompilação, linkagem e controle (citados nadocumentação)



Compilação de Pacotes

Nem sempre é da mesma forma

Procedimento genérico

./configure

makemake install

aspectos do kernel do linux e instalação

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