解密:Linux內(nèi)核是如何工作的
加入技術(shù)交流群
現(xiàn)在我們隊Kernel是做什么的已經(jīng)有了一些了解，讓我們再來簡單看下它的物理組成。早期版本的Linux Kernel是整體式的，也就是說所有的部件都靜態(tài)地連接成一個（很大的）執(zhí)行文件。
相比較而言，現(xiàn)在的Linux Kernel是模塊化的：許多功能包含在模塊內(nèi)，然后動態(tài)地載入kernel中。這使得kernel的內(nèi)核很小，而且在運行kernel時可以不必reboot就能載入和替代模塊。
Kernel的內(nèi)核在boot time時從位于/boot 目錄的一個文件加載進存儲中，通常這個/boot 目錄會被叫做KERNELVERSION，KERNELVERSION與kernel版本有關(guān)。（如果你想知道你的kernel版本是什么，運行命令行顯示系統(tǒng)信息-r。）kernel的模塊位于目錄/lib/modules/KERNELVERSION之下，所有的組件都會在kernel安裝時被拷貝。
管理模塊
大部分情況下，Linux管理它的模塊不需要你的幫忙，但是如果必要的時候有命令行可以來手動檢查和管理模塊。比如，為了查清楚當前到底哪個模塊在載入kernel。這里有一個輸出的例子：
# lsmod
pcspkr 4224 0
hci_usb 18204 2
psmouse 38920 0
bluetooth 55908 7 rfcomm,l2cap,hci_usb
yenta_socket 27532 5
rsrc_nonstatic 14080 1 yenta_socket
isofs 36284 0
輸出的內(nèi)容包括：模塊的名字、大小、使用次數(shù)和依賴于它的模塊列表。使用次數(shù)對防止卸載當前活躍的模塊非?？傄?。Linux只允許使用次數(shù)為零的模塊被移除。
你可以使用modprobe來手動加載和卸載模塊，（還有兩個命令行叫做insmod和rmmod，但modprobe更易于使用因為它自動移除了模塊依賴）。比如lsmod的輸出在我們的電腦上顯示了一個名叫isofs的卸載模塊，它的使用次數(shù)是零而且沒有依賴模塊，（isofs是一個模塊，它支持CD上使用的ISO系統(tǒng)文件格式）這種情況下，kernel會允許我們卸載模塊：
# modprobe -r isofs
現(xiàn)在，isofs不再顯示在Ismod的輸出中，kernel由此節(jié)省了36,284字節(jié)的存儲。如果你放入CD并且讓它自動安裝，kernel將自動重新載入isofs模塊，而且isofs的使用次數(shù)增加到1次。如果這時候你還試圖移除模塊，就不會成功了因為它正在被使用：
# modprobe -r isofs
FATAL: Module isofs is in use.
Lsmod只是列出了當前被載入的模塊，modprobe則將列出所有可用的模塊，它實際上輸出了/lib/modules/KERNELVERSION目錄下所有的模塊，名單會很長！
實際上，使用modprobe來手動加載一個模塊并不常見，但確實可以通過modprobe命令行來對模塊設(shè)置參數(shù)，例如：
# modprobe usbcore blinkenlights=1
我們并不是在創(chuàng)建blinkenlights，而是usbcore模塊的實參數(shù)。
那么如何知道一個模塊會接受什么參數(shù)呢？一個比較好的方法是使用modinfo命令，它列出了關(guān)于模塊的種種信息。這里有一個關(guān)于模塊snd-hda-intel的例子
# modinfo snd-hda-intel
filename: /lib/modules/2.6.20-16-generic/kernel/sound/pci/hda/snd-hda-intel.ko
description: Intel HDA driver
license: GPL
srcversion: A3552B2DF3A932D88FFC00C
alias: pci:v000010DEd0000055Dsv*sd*bc*sc*i*
alias: pci:v000010DEd0000055Csv*sd*bc*sc*i*
depends: snd-pcm,snd-page-alloc,snd-hda-codec,snd
vermagic: 2.6.20-16-generic SMP mod_unload 586
parm: index:Index value for Intel HD audio interface. (int)
parm: id:ID string for Intel HD audio interface. (charp)
parm: model:Use the given board model. (charp)
parm: position_fix:Fix DMA pointer (0 = auto, 1 = none, 2 = POSBUF, 3 = FIFO size). (int)
parm: probe_mask:Bitmask to probe codecs (default = -1). (int)
parm: single_cmd:Use single command to communicate with codecs (for debugging only). (bool)
parm: enable_msi:Enable Message Signaled Interrupt (MSI) (int)
parm: enable:bool
對我們來說比較有興趣的以parm開頭的那些部分：顯示了模塊所接受的參數(shù)。這些描述都比較簡明，如果想要更多的信息，那就安裝kernel的源代碼，在類似于/usr/src/KERNELVERSION/Documentation的目錄下你會找到。
里面會有一些有趣的東西，比如文件/usr/src/KERNELVERSION/Documentation/sound/alsa/ALSA-Configuration.txt描述的是被許多ALSA聲音模塊承認的參數(shù)；/usr/src/KERNELVERSION/Documentation/kernel-parameters.txt這個文件也很有用。
前幾天在Ubuntu論壇有一個例子，說的是如何將參數(shù)傳遞到一個模塊（詳見https://help.ubuntu.com/community/HdaIntelSoundHowto）。實際上問題的關(guān)鍵是snd-hda-intel參數(shù)在正確驅(qū)動聲音硬件時需要一點操作，而且在boot time加載時會中止。解決方法的一部分是將probe_mask=1選項賦給模塊，如果你是手動加載模塊，你需要輸入：
# modprobe snd-hda-intel probe_mask=1
更有可能，你在文件/etc/modprobe.conf中放置這樣類似的一行：options snd-hda-intel probe_mask=1
這告訴modprobe每次在加載snd-hda-intel模塊時包含probe_mask=1選項。現(xiàn)在的有些Linux版本將這一信息分離進/etc/modprobe.d下的不同文件中了，而不是放入modprobe.conf中。
/proc系統(tǒng)文件
Linux kernel同樣通過/proc系統(tǒng)文件來展示了許多細節(jié)。為了說明/proc，我們首先需要擴展我們對于文件的理解。除了認為文件就是存儲在硬盤或者CD或者存儲空間上的持久信息之外，我們還應(yīng)當把它理解為任何可以通過傳統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用如：打開、讀、寫、關(guān)閉等訪問的信息，當然它也可以被常見的程序訪問。
/proc之下的文件完全是kernel虛擬的一個部分，給我們一個視角可以看到kernel內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。實際上，許多Linux的報告工具均能夠很好地呈現(xiàn)在/proc下的文件中尋到的格式化版本的信息。比如，一列/proc/modules將展示一列當前加載的模塊。
同樣的，/proc/meminfo提供了關(guān)于虛擬存儲系統(tǒng)當前狀態(tài)的更多細節(jié)信息，而類如vmstat的工具則是以一種更加可理解的方式提供了相同的一些信息；/proc/net/arp顯示了系統(tǒng)ARP cache的當前內(nèi)容，從命令行來說，arp -a顯示的也是相同的信息。
尤其有意思的是/proc/sys下的文件。/proc/sys/net/ipv4/ip_forward下的設(shè)置告訴我們kernel是否將轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包，也就是說是否扮演網(wǎng)關(guān)的作用?，F(xiàn)在，kernel告訴我們這是關(guān)閉的：
# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
0
當你發(fā)現(xiàn)你可以對這些文件寫入的時候，你會覺得更加有意思。繼續(xù)舉例來說：
# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
將在運行的kernel中打開IP 轉(zhuǎn)發(fā)（IP forwarding）
除了使用cat和echo來檢查和更正/proc/sys下的設(shè)置以外，你也可以使用sysctl命令：
# sysctl net.ipv4.ip_forward
net.ipv4.ip_forward = 0
這等同于：
# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
0
也等同于：
# sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
net.ipv4.ip_forward = 1
還等同于：
# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
需要注意的是，以這種方式你所做的設(shè)置改變只能影響當前運行的kernel的，當reboot的時候就不再有效。如果想讓設(shè)置永久有效，將它們放置在/etc/sysctl.conf文件中。在boot time時，sysctl將自動重新確定它在此文件下找到的任何設(shè)置。
/etc/sysctl.conf下的代碼行大概是這樣的：net.ipv4.ip_forward=1
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
評論