Kompilovanie jadra - I

31. 5. 2004 | Rastislav Stanik

Články - Kompilovanie jadra - I  

Co je to vlastně jádro, kdy je potřeba jej kompilovat a jak na to jít. První díl článku vysvětlí teorii, druhý vás provede praxí.

• Načo jadro vlastne je
• Prečo?
• Kompilovanie jadra
• Kde zobrať zdrojový kód jadra?

Druhý díl:

• Konfigurácia jadra
• Moduly áno či nie
• Spustenie kompilácie
• Čo sa ešte oplatí vedieť?

Načo jadro vlastne je

Keď sedíte za počítačom a čítate tento článok, robíte tak pomocou prehliadača a možno vám do toho počítač hrá nejakú muziku a tlačí na tlačiarni dokument. Za tým všetkým je ale schované niečo iné. Nenápadné. Jadro.

Jadro (angl. kernel) má tieto hlavné úlohy:

1. Štartovanie systému
2. Ovládačmi sprostredkováva prístup k hardwaru
3. Poskytuje programom prostriedky (angl. resources) ako sú pamäť alebo čas, kedy sa inštrukcie programu môžu vykonávať v procesore

Pri štarte počítača sa používa dohoda o tom, akým spôsobom BIOS odovzdá riadenie operačnému systému. Táto dohoda prakticky znamená, že po vykonaní štartovacích testov pamate a niektorých periférií sa riadenie odovzdá tzv. boot manageru. V Linuxe sa najčastejšie používa lilo, grub alebo loadlin, či boot manažér iného operačného systému - napr. Windows. Úlohou boot manažéra je nájsť na disku súbor jadra, nahrať ho do pamäti a odovzdať mu riadenie.

V podstate každý kus hardwaru v počítači potrebuje svoj ovládač. Klávesnica, video-karta, sieťová karta, sériové, paralelné či USB porty, disk, disketová mechanika a tak ďalej. Okrem toho existujú aj ovládače pre algoritmické záležitosti ako sú súborové systémy, sieťové protokoly či rôzne systémy ako napr. APM (advanced power managerment). Jadro poskytuje množinu funkcií, ktoré umožňujú programom robiť rôzne operácie ako napríklad otvorenie súboru.

Moderné operačné systémy sú mnohoúlohové (umožňujú beh viacerých programov naraz) a mnohoužívateľské (umožňujú prácu viacerých užívateľov naraz). Jadro sa stará o to, aby rozdelenie výkonu, pamati a sieťovej priepustnosti bolo spravodlivo rozdelené medzi bežiace programy (potenciálne rôznych užívateľov).

Prečo?

Najčastejšie dôvody pre kompilovanie jadra:

1. Snaha niečo sa dozvedieť.
2. Pridanie podpory pre hardware, ktorý pôvodným jadrom podporovaný nie je.
3. Snaha o zmenu konfigurácie ovládačov z hľadiska toho, či sú priamo v jadre, alebo existujú ako moduly.
4. Opravy chýb v jadre.
5. Snaha niečo si dokazovať a dvíhať si sebavedomie

Keď dostanete do ruky inštaláciu linuxového systému, tak spravidla vlastne máte nejakú distribúciu. Niekto zobral jadro a množinu programov a dal ich dohromady tak, aby spolu fungovali. Medzi známe distribúcie patrí Red Hat, Debian, Mandrake či Slackware alebo Gentoo. Ten, kto distribúciu zostavuje, sa spravidla postará o to, abyste dostali aj jadro (niekedy máte na výber z viacerých). Toto jadro bolo tvorcom distribúcie nejako nakonfigurované. Spravidla tak, aby podporovalo čo najrozmanitejšie konfigurácie hardwaru a požiadavky užívateľov.

V súčasnosti je veľmi zriedkavo nutné, abyste jadro kompilovali sami. Linuxové jadro je postavené ako skladačka. Skladá sa z mnohých častí nazývaných moduly, ktoré nie sú priamo v súbore jadra, ale je možné jadro požiadať o to, aby ich funkcionalitu nahralo zo súboru dodatočne - už v čase, kedy je systém rozbehnutý. Preto je často možné, že ak vaše jadro neobsahuje podporu pre nejaký hardware, možno do neho túto podporu doplniť neskôr - nahraním modulu. Niekedy medzi modulmi existujú závislosti. Napríklad ak máte všeobecnú podporu pre SCSI aj podporu pre SCSI disky ako moduly, tak najprv musíte nahrať všeobecnú podporu pre SCSI a až potom môžete nahrať podporu SCSI diskov. Nahrávanie modulov (príp. ich odstraňovanie) sa spravidla robí pomocou programov z balíka modutils. Veľmi stručne:

• lsmod - vypíše moduly zavedené v pamäti v danom okamihu

  # lsmod Module Size Used by ipt_state 1984 0 ipt_limit 2432 0 iptable_nat 22732 0 iptable_filter 2752 0 ip_tables 17920 4 ipt_state,ipt_limit,iptable_nat, iptable_filter ip_conntrack 34560 2 ipt_state,iptable_nat uhci_hcd 30924 0 usb_storage 101328 1

• insmod mojmodul - sa pokúsi zaviesť do pamäti modul mojmodul

  # insmod ipt_LOG.ko # lsmod Module Size Used by ipt_LOG 6336 0 ipt_state 1984 0 ipt_limit 2432 0 iptable_nat 22732 0 iptable_filter 2752 0 ip_tables 17920 5 ipt_LOG,ipt_state,ipt_limit, iptable_nat,iptable_filter ip_conntrack 34560 2 ipt_state,iptable_nat uhci_hcd 30924 0 usb_storage 101328 1

• rmmod mojmodul - sa pokúsi zrušiť modul mojmodul

  # rmmod ipt_LOG # lsmod Module Size Used by ipt_state 1984 0 ipt_limit 2432 0 iptable_nat 22732 0 iptable_filter 2752 0 ip_tables 17920 4 ipt_state,ipt_limit,iptable_nat, iptable_filter ip_conntrack 34560 2 ipt_state,iptable_nat uhci_hcd 30924 0 usb_storage 101328 1

• depmod - zistí závislosti medzi modulmi
• modprobe mojmodul - nahrá modul mojmodul spolu so všetkými modulmi potrebnými pre jeho beh

  # lsmod Module Size Used by uhci_hcd 30924 0 usb_storage 101328 1 # modprobe ipt_LOG # lsmod Module Size Used by ipt_LOG 6336 0 ip_tables 17920 1 ipt_LOG uhci_hcd 30924 0 usb_storage 101328 1

Pridať alebo ubrať modul môže len užívateľ root. Druhá varianta pridávania a odoberania modulov je použitie automatického nahrávania modulov, ktoré ešte spomeniem nižšie.

Kompilovanie jadra

Kde zobrať zdrojový kód jadra?

Ak dospejete k rozhodnutiu, že je nutné skompilovať vlastné jadro, musíme najprv získať jeho zdrojový kód. Existuje viacero variant jadier, ktoré môžete chcieť, a preto si najprv treba ujasniť zdrojový kód, ktorého jadra vlastne chceme:

Vanilla jadro

Vývojári jadra uverejňujú oficiálny zdrojový kód jadra na kernel.org. Postupom času vznikajú novšie a novšie verzie jadra. V súčasnosti je hlavné číslo verzie 2. Verzie stabilné - dostatočne odskúšané - majú vedľajšie číslo párne. V súčasnosti sa najskôr stretnete s verziou 2.6, 2.4 alebo 2.2. Ten, kto má chuť riskovať, experimentovať alebo potrebuje niečo čo v aktuálnej verzii nie je, môže skúsiť čísla nepárne. V súčasnosti je poslednou verziou 2.6.6. Experimentálne verzie 2.3 a 2.5 sa už nevyvíjajú. Okrem oficiálneho zdrojového kódu tu nájdete aj odnože udržiavané poprednými vývojármi jadra. Napríklad Alan Cox tu má odnož s príponou -ac. Tieto odnože sa spravidla líšia použitím niektorých experimentálnych algoritmov.

Jadro distribúcie

Tvorcovia distribúcií tiež vychádzajú z vanilla jadra, ale často k nemu pridávajú vlastné úpravy alebo niektoré z vlastností nepárnej verzie. To neznamená, že také jadro je menej stabilné, ale len to, že podľa názoru distributora je daná úprava dostatočne stabilná pre širšie použitie, resp. je to risk hodný zvýšeného výkonu a podobne. Pretože distributéri potrebujú nejaký čas na testovanie, tak svoju upravené verziu jadra publikujú s istým oneskorením oproti vanilla jadru.

Zdrojový kód jadra má vo forme archívu cez 30MB. Preto v prípade, že máte k dispozícií zdrojový kód staršej verzie, môže vám stačiť zobrať len zmeny oproti tejto staršej verzii - tzv. patch (záplatu).

Ak máte úplný zdrojový kód jadra, rozbaľte ho (tradične sa rozbaľuje do /usr/src):

# cd /usr/src # tar xvfz kernel-2.6.3.tgz

alebo

# cd /usr/src # tar xvfj kernel-2.6.3.tar.bz2

Podľa toho, či máte zdrojový kód jadra komprimovaný programom gzip, alebo bzip2. Rozbalením vznikne adresár, ktorý nesie meno verzie /usr/src/linux-2.6.3/. Je vhodné ho buď premenovať

# mv linux-2.6.3 linux

alebo vytvoriť symbolickú linku

# ln -s linux-2.6.3 linux

tak, aby zdrojový kód bol dostupný pod adresárom /usr/src/linux.

Ak máte patch, musíte ho aplikovať na svoj zdrojový kód jadra

# cd /usr/src/linux # gunzip -c patch-2.6.4.gz | patch -p1 -

alebo

# cd /usr/src/linux # bunzip2 -c patch-2.6.4.bz2 | patch -p1 -

Číslo záplaty 2.6.4 znamená, že ho možno aplikovať na zdrojový kód jadra 2.6.3 a jeho aplikovaním získame kód jadra 2.6.4.

Na budúce si povieme o možnosťach konfigurácie jadra pred kompilaciou, o samotnej kompilacii a konečně o instalácii skompilovaného kernelu, aby bylo možno jej využíť při boote systému.

Diskuse k tomuto článku

[jack]

potom napiste podrobne aj ako sa patchuje

[DjAARA]

Souhlas, chtelo by to patchovani rozebrat trochu vic.

[rastos]

Osobne pouzivam vanilla jadro (alebo Slackware-ov balik, co je na 99% to iste) a aplikujem patch-e z kernel.org. A aplikovanie patch-u znamena skutocne len tolko ako som napisal v clanku (ok vynechal som 300 riadkov zacinajucich 'patched file ... Hunk # succeeded at ...) .

Takze ak mate s patchmi nejaky problem, povedzte aky konkretne. Chcete viac o vytvarani backup-u, reject-ovani, ci reverznom patch-i, ...? Alebo mate problemy s patch-mi z inych zdrojov?

[rADOn]

jedinej detail je ze umisteni zdrojaku kernelu do /usr/src/linux je spatnost.
viz http://www.linuxmafia.com/faq/Kernel/usr-src-linux-symlink.html
ve strucnosti - mely by tam byt zdrojaky/hlavicky kernelu proti kteremy byla zkompilovana glibc. vetsinou to, jak vidno, neni problem ale proto to jeste nemusime propagovat.

[rastos]

Ta linka tusim hovori o linke /usr/include/linux - ci je to linka ukazujuca do /usr/src/linux/include je tusim zalezitost distribucie, pretoze na stroji (Slack), za ktorym momentalne sedim to linka nie je. Pokial mi je zname, tak prekladac nepouziva /usr/src/linux/include ak mu to explicitne neprikazete.

Na druhej strane, ta linka nie je nutna, takze ak maju citatelia pochybnosti, mozu ten krok kludne vynechat.

[Michal M.]

Ve strucnosti: Hlavicky kernelu proti kteremu byla zkompilovana glibc by mely byt v /usr/include/... a nemely by to byt jenom odkazy do /usr/src/linux/include/...

Pokud mam hlavicky pro programy oddelene (coz v dnesnich distribucich mam), muzu si s /usr/src/linux delat co chci.

[debko]

Diky za tento serial, snad sa uz konecne naucim kompilovat kernel, v linuxe je to dost zlozita procedura.

[Tomáš]

proč kompilovat jádro chybí a je podle mne ten nejčastější. Mít poslední jádro, protože je prostě nejnovější.

[rastos]

Spravne. Aj ja chcem mat najnovsie chyby

[Josef Kufner]

a nemit ty stary chyby ;)

[Borg]

Proč kompilovat je jasný tomu kdo tam nepotřebuje takové věci jako je podpora PCMCIA, atd. a to ani jako moduly. A naopak si tam chce stabilně spustit všechny možnosti které např. umožňuje raid Promise. I když pravdou je že kernel 2.4.* se mně kompiloval lépe než kernel 2.6.* . I když je to pouze řekl bych subjektivní pohled. (Noflame) ??????? Nejnovější chyby ????? To by jsme v tom případě museli dělat pořád ještě na kernelu 2.2.*

[Josef Kufner]

jo, s tim kompilovanim mi to taky prislo.. zrovna jsem zkompiloval 2.6.6 a bylo to radove v jednotkach minut a co si vzpominam 2.4.2x bylo bezmala pul hodinky.

[Pavel Beníšek]

Tak to jste zrejme jen upravil konfiguraci a prekompiloval jadro (takze se kompilovaly jen ty nove veci a zbytek se jen linkoval, protoze uz zkompilovany jenou byl), protoze jinak musite mit hodne nadupany cluster ;)

U me (2GHz Celeron) trva kompilace okolo 40 minut. Coz samozrejme nemuzete brat jako bernou minci protoze zalezi co vsechno si tam clovek nahazi, ale rozhodne nedosahnete o rad rychlejsi kompilace na obdobnem hw.

[martin]

jen drobna poznamka - pro jadra 2.6.x uz to nejsou modutils ale tusim init-module-tools ale to je jen detail.

Jinak podle me kompilace jadra je v celku snadne, vetsi legrace je podle me s na stavenim modulu do initrd pripadne nastavenim hotplug zarizeni. Pokud se stane ze 'neco nejak nefunguje jak ma' hledani chyb pro zacatecnika muze byt docela peklo ;0) Sam jsem si to prosel u notebooku PCMCIA sitovkou.

[Borg]

Ono také záleží v jaké distribuci to jádro upravujete. Když mám čas tak si kompiluju jadra z Cookeru (MDK), teď naposledy to bylo kernel-2.6.6.3mdk. A dělal jsem to třikrát a druhá kompilace byla slušná a zbyvající brrr.

Dotaz jak je to ve Fedoře, taky je tam patchované jádro? Pokud možno vyjádřit osobní zkušenost, to "snad, a asi" je sice hezké, ale nepraktické.

[Ondřej]

Ve Fedoře stále ještě pár patchů je, i když méně než dříve. Red Hat se nyní snaží co nejvíce přiblížit vanilla jádru.

[ondra]

Bat bat, kdy se zde podrobneji rozebralo nastavovani initrd bylo by to skvele. Kompiloval jsem si vlastni RH9, FC1, FC2 a vetsinou sem zkolaboval na nastavovani initrd, ve vetsine pripadu sem ho musel nakonec dat pryc

[Josef Kufner]

he he.. initrd jsem poklidne vypustil.. co je treba pred mountnutim rootu se nacpe rovnou do kerelu a basta

[jiri.b]

No... ale s initrd muzete mit bootsplach, nebo jak se to oficialne jmenuje, a taky se to vyuziva pri kompletne sifrovanem / - ? me to teda moc nejelo, tak bych nejakej postup uvital, pac nemam cas a chut to louskat z anglictiny :)

jirib

[tomasgn]

taky radeji zakompiluji potrebne ovladace filesystemu a radice do kernelu a initrd vynecham.

bootsplash - proboha na co? to je prvni vec kterou vypinam u distribuci, ktere me ho vnucuji, a vubec u vsech programu, ktere se o neco podobneho snazi

[martin]

Ze jsem tak smela lama. Co to je initrd?

[Kamil]

man initrd ;o)

-- JP

[jkt]

initrd = initial ramdisk. kdyz kernel bootuje, tak si pripoji root filesystem / z initrd, nacte si moduly co bude potrebovat pro pripojeni opravdovyho / a je happy.

[Geo]

No a treba taky kompilujem protoze nas nebavi cekat a divat se pri startu systemu na pokusy kernelu inicializovat zarizeni ktery v pocitaci nemam a pak jeste cekat na depmod -a

[TNX]

To je ale divny konicek, restartovat linux.

[Maude Lebowski]

prikaz na patchovani je napriklad

bzip2 -cd ../patch-2.4.27-pre4.bz2 | patch -p1

(patch bez te carky oznacujici std. vstup). Vubec nechapu, jak na to author prisel v zadnym manu na vsemoznych systemech jsem to nenasla.

[rastos]

Nechapem. "bunzip2" je to iste ako "bzip2 -d" - popisane v man stranke bzip2. Manualova stranka pre patch hovori "If patchfile is -, read from standard input, the default."

Co teda nie je jasne? Hovoris, ze tak ako je to v tom clanku to nefunguje? Alebo si nevedela, ze sa to da aj tak?