Конфигурирование и компиляция ядра Linux

Когда возникает необходимость создания мощной и надёжной системы на основе Linux (будь то обслуживание технологических процессов, веб-хостинга и т. д.), то очень часто приходится настраивать системное ядро таким образом, чтобы вся система работала более эффективно и надёжно. Ядро Linux хоть и является универсальным, однако бывают ситуации, когда его необходимо «подтюнинговать» по объективным причинам. Да и сама архитектура ядра это предполагает благодаря своей открытости. Таким образом, системные администраторы Linux – это те люди, которым важно знать и понимать некоторые общие аспекты конфигурирования ядра Linux.

Способы конфигурации ядра Linux

За время развития Linux постепенно сложились четыре основных способа для конфигурирования её ядра:

• модификация настраиваемых параметров ядра;
• сборка ядра из исходных кодов с внесением нужных изменений и/или дополнений в тексты исходных кодов ядра;
• динамическое подключение новых компонентов (функциональных модулей, драйверов) к существующей сборке ядра;
• передача специальных инструкций ядру во время начальной загрузки и/или используя загрузчик (например GRUB).

В зависимости от конкретной ситуации следует использовать тот или иной способ. Но сразу необходимо отметить, что на самом деле самым простым является первый — настройка параметров ядра. Самым же сложным является компиляция ядра из исходных кодов.

Настраиваемые параметры ядра

Системное ядро Linux разрабатывалось таким образом, чтобы всегда была возможность его максимально гибко (впрочем, как и всё в системах UNIX и Linux) настроить, адаптируя его к требуемым условиям эксплуатации и аппаратному окружению. Причём так, чтобы это было возможно динамически на готовой сборке ядра. Другими словами, системные администраторы могут в любой момент времени вносить корректирующие параметры, влияющие на работу как самого ядра, так и его отдельных компонентов.

Для реализации этой задачи между ядром и программами пользовательского уровня существует специальный интерфейс, основанный на информационных каналах. Через эти каналы и направляются инструкции, задающие значения для параметров ядра.

Но как и всё в системах UNIX и Linux, настройка параметров ядра по информационным каналам завязана на файловой системе. Чтобы просматривать конфигурацию ядра и управлять ею, в файловой системе в каталоге /proc/sys существуют специальные файлы. Это обычные файлы, но они играют роль посредников в предоставления интерфейса для динамического взаимодействия с ядром. Однако документация, касающаяся этого аспекта, в частности об описании конкретных параметров и их значений довольно скудна. Одним из источников, из которого можно почерпнуть некоторые сведения по этой теме, является подкаталог Documentation/sysent в каталоге с исходными кодами ядра.

Для наглядности стоит рассмотреть небольшой пример, показывающий, как через параметр ядра настроить максимальное число одновременно открытых файлов в системе:

$ cat /рrос/sys/fs/file-max
34916
$ sudo sh -c "echo 32768 > /proc/sys/fs/file-max"

Как можно видеть, к такому приёму можно довольно быстро привыкнуть и это не будет казаться чем-то очень сложным. Такой метод хоть и удобен, однако изменения не сохраняются после перезапуска системы.

Также можно использовать специализированную утилиту sysctl. Она позволяет получить значения переменных прямо из командной строки, либо список пар вида переменная=значение из файла. На этапе начальной загрузки утилита считывает начальные значения некоторых параметров, которые заданы в файле /etc/sysctl.conf. Более подробную информацию об утилите sysctl можно найти на страницах man-руководства.

В следующей таблице приводятся некоторые настраиваемые параметры ядра:

Условные обозначения: F — /proc/sys/fs, N — /proc/sys/net/ipv4, К — /proc/sys/kernel, С — /proc/sys/dev/cdrom.

Пример:

$ sudo sysctl net.ipv4.ip_forward=0

В результате выполнения этой команды будет отключено перенаправление IP-пакетов. Есть одна особенность для синтаксиса этой команды: символы точки в «net.ipv4.ip_forward» заменяют символы косой черты в пути к файлу ip_forward.

Когда нужно собирать новую версию ядра?

В настоящее время ядро Linux развивается очень быстро и бурно. Зачастую производители дистрибутивов не успевают внедрять в свои системы новые версии ядер. Как правило все новомодные «фишки» больше понадобятся любителям экзотики, энтузиастам, обладателям новинок устройств и оборудования и просто любопытствующим — т. е. преимущественно тем, в чьём распоряжении имеется обычный пользовательский компьютер.

Для серверных машин, однако, мода вряд ли имеет какое-то значение, а новые технологии внедряются только после того как на практике доказали свою надёжность и эффективность на тестовых стендах или даже платформах. Каждый опытный системный администратор знает, что гораздо надёжнее один раз настроить то, что может и должно хорошо и безотказно работать, чем пытаться бесконечно модернизировать систему. Ведь для этого необходимы многие часы работы (ведь приходится собирать ядро из исходных кодов, что довольно сложно) и обслуживания, что довольно дорогостоящее занятие, поскольку, вдобавок ко всему прочему требует глубокого резервирования — сервера не должны останавливаться без организации «горячего» (а уж тем более без «холодного») резерва.

Поэтому всегда стоит взвешивать все факторы и оценить, стоит ли вообще обновляться ради несущественных заплат, не влияющих на работу системы или внедрённых новых драйверов для устройств, коих в данный момент в системе нет и нескоро предвидится.

Если же принято решение обновить версию ядра путём его самостоятельной сборки, то нужно выяснить, является ли данная версия стабильной. Раньше система нумерования версий ядра Linux была организована таким образом, что чётные номера версий означали стабильный выпуск, нечётные — ещё «сырой». В настоящее время этот принцип соблюдается далеко не всегда и выяснять этот момент следует из информации на официальном сайте kernel.org.

Конфигурирование параметров ядра

Конфигурация для будущей сборки ядра Linux хранится в файле .config. Мало кто занимается ручным созданием и редактированием этого файла, поскольку, во-первых: это сложный синтаксис, который далеко не самый «человекопонятный», и во-вторых: существуют способы для автоматической генерации конфигурации сборки ядра с удобным графическим (или псевдографическим) интерфейсом. Список основных команд для конфигурирования сборки ядра:

• make xconfig – рекомендуется, если используется графическая среда KDE. Весьма удобный инструмент;
• make gconfig – лучший вариант для использования в графической среде GNOME;
• make menuconfig – данную утилиту следует использовать в псевдографическом режиме. Она не так удобна, как две предыдущие, однако со своими функциями справляется достойно;
• make config – самый неудобный «консольный» вариант, выводящий запросы на задание значений каждого параметра ядра. Не позволяет изменить уже заданные параметры.

Практически все варианты (за исключением последнего) позволяют получать краткую справку по каждому параметру, производить поиск нужного параметра (или конфигурационного раздела), добавлять в конфигурацию дополнительные компоненты, драйверы, а также показывают, каким образом конкретный компонент может быть сконфигурирован — как компонент, встроенный в ядро или как загружаемый модуль, а также поддерживает ли он вообще вариант компиляции в качестве загружаемого модуля.

Очень полезной может оказаться команда make oldconfig, предназначенная для переноса существующей конфигурации с другой версии (сборки) ядра в новый билд. Эта команда читает конфигурацию из перенесенного из другой сборки файла .config со старой сборкой, определяет, какие новые параметры доступны для актуальной сборки и предлагает их включить или оставить как есть.

Для выполнения конфигурации сборки ядра Linux нужно перейти в каталог с исходными кодами и запустить одну из команд генерации конфигурации.

В результате работы вышеуказанных команд будет сгенерирован файл .conf, фрагмент содержимого из которого может быть следующим:

#
# Automatically generated file; DO NOT EDIT.
# Linux/x86 4.20.7 Kernel Configuration
#
#
# Compiler: gcc (Ubuntu 7.3.0-27ubuntu1~18.04) 7.3.0
#
CONFIG_CC_IS_GCC=y
CONFIG_GCC_VERSION=70300
CONFIG_CLANG_VERSION=0
CONFIG_IRQ_WORK=y
CONFIG_BUILDTIME_EXTABLE_SORT=y
CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK=y
#
# General setup
#
CONFIG_INIT_ENV_ARG_LIMIT=32
# CONFIG_COMPILE_TEST is not set
CONFIG_LOCALVERSION=""
# CONFIG_LOCALVERSION_AUTO is not set
CONFIG_BUILD_SALT=""
CONFIG_HAVE_KERNEL_GZIP=y
CONFIG_HAVE_KERNEL_BZIP2=y
CONFIG_HAVE_KERNEL_LZMA=y
CONFIG_HAVE_KERNEL_XZ=y
CONFIG_HAVE_KERNEL_LZO=y
CONFIG_HAVE_KERNEL_LZ4=y
CONFIG_KERNEL_GZIP=y
# CONFIG_KERNEL_BZIP2 is not set
# CONFIG_KERNEL_LZMA is not set
# CONFIG_KERNEL_XZ is not set
# CONFIG_KERNEL_LZO is not set
# CONFIG_KERNEL_LZ4 is not set
CONFIG_DEFAULT_HOSTNAME="(none)"
CONFIG_SWAP=y
CONFIG_SYSVIPC=y
CONFIG_SYSVIPC_SYSCTL=y
CONFIG_POSIX_MQUEUE=y
CONFIG_POSIX_MQUEUE_SYSCTL=y
CONFIG_CROSS_MEMORY_ATTACH=y
CONFIG_USELIB=y

Как можно видеть, в данном коде нет ничего привлекательного для ручного редактирования, о чём даже упоминает запись комментария в начале файла .config. Символ «y» в конце какой-либо из строк указывает, что соответствующий компонент будет скомпилирован в составе ядра, «m» — как подключаемый модуль. Расшифровки или описания о каждом компоненте или параметре в файле .config не содержится — по этим вопросам следует изучать соответствующую документацию.

Компиляция ядра

Самое сложное в компиляции ядра Linux – это создание конфигурации сборки, поскольку нужно знать, какие компоненты подключать. Хотя использование команд make xconfig, make gconfig, make menuconfig и обеспечивает задание стандартной рабочей конфигурации, с которой система будет работать на большинстве аппаратных платформ и конфигураций. Вопрос лишь в том, чтобы грамотно задать конфигурацию ядра без ненужных и занимающих лишние ресурсы компонентов при его работе.

Итак, для успешного конфигурирования и компиляции ядра нужно выполнить следующие действия:

• перейти в каталог с исходными кодами ядра. Обычно «исходники» для ядра Linux помещаются в каталог /usr/src, либо можно скачать с сайта kernel.org в любое удобное место;
• выполнить команду make xconfig, make gconfig или make menuconfig;
• выполнить команду make dep (можно не выполнять для ядер версии 2.6.x и более поздних);
• выполнить команду make clean (для очистки от всего того, что может помешать успешной сборке);
• выполнить команду make;
• выполнить команду make modules_install;
• скопировать файл /arch/имя_архитектуры/boot/bzImage в /boot/vmlinuz. Здесь каталог /arch находится в каталоге с исходными кодами ядра Linux, имя_архитектуры — каталог, имеющий имя соответствующей архитектуры (указанной на этапе конфигурирования). Имя собранного бинарного образа ядра bzImage может быть другим;
• скопировать файл /arch/имя_архитектуры/boot/System.map в /boot/System.map;
• внести изменения в конфигурационные файлы системных загрузчиков /etc/lilo.conf (для LILO) или /boot/grub/grub.conf — для GRUB, а также добавить в них соответствующие конфигурационные и параметры загрузки для нового ядра.

Далее остаётся протестировать загрузку и работу нового ядра. В случае проблем обычно подбираются нужные параметры для системных загрузчиков.