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23 开机流程

  1. 加载 BIOS 的硬件信息与进行自我测试，并依据设定取得第一个可开机的装置；

  2. 读取并执行第一个开机装置内 MBR 的 boot Loader (亦即是 grub2， spfdisk 等程序)；

  3. 依据 boot loader 的设定加载 Kernel ，Kernel 会开始侦测硬件与加载驱动程序；
  4. 在硬件驱动成功后，Kernel 会主动呼叫 systemd 程序，并以 default.target 流程开机；
  5. systemd 执行 sysinit.target 初始化系统及 basic.target 准备操作系统；
  6. systemd 启动 multi-user.target 下的本机与服务器服务；
  7. systemd 执行 multi-user.target 下的 /etc/rc.d/rc.local 文件；
  8. systemd 执行 multi-user.target 下的 getty.target 及登入服务；
  9. systemd 执行 graphical 需要的服务

本文名词说明：

  • BIOS：不论传统 BIOS 还是 UEFI BIOS 都会被简称为 BIOS；

  • MBR：虽然分区表有传统 MBR 以及新式 GPT，不过 GPT 也有保留一块兼容 MBR 的区块，MBR 就代表该磁盘的最前面可安装 boot loader 的那个区块。

1. BIOS， boot loader 与 kernel 载入⚓

1.1 BIOS， 开机自我测试与 MBR/GPT⚓

在个人计算机架构下，你想要启动整部系统首先就得要让系统去加载 BIOS (Basic Input Output System)，并透过 BIOS 程序去加载 CMOS 的信息，并且藉由 CMOS 内的设定值取得主机的各项硬件配置；进行开机自我测试 (Power-on Self Test， POST) 。 然后开始执行硬件侦测的初始化，并设定 PnP 装置，之后再定义出可开机的装置顺序，接下来就会开始进行开机装置的数据读取了。

但由于不同的操作系统他的文件系统格式不相同，因此我们必须要以一个开机管理程序来处理内核文件加载 (load) 的问题，即 Boot Loader。该程序安装在在开机装置的第一个扇区 (sector) 内，即 MBR (Master Boot Record， 主要启动记录区)。

因为每个操作系统都有自己的 boot loader ，所以 BIOS 是透过硬件的 INT 13 中断功能来读取 MBR 的。只要 BIOS 能够检测的到你的磁盘，它就能读取到 boot loader 并执行。

Note

每颗硬盘的最前面区块含有 MBR 或 GPT 分区表的提供 loader 的区块，读取哪个要看BIOS 的设置了。系统的 MBR 其实指的是 第一个开机设备的 MBR。

1.2 Boot Loader 的功能⚓

问题：必须要使用自己的 loader 才能够加载属于自己的操作系统内核，但是系统的 MBR 只有一个，那么该如何安装多个操作系统呢？

其实每个文件系统 (filesystem，或者是 partition) 都会保留一块启动扇区 (boot sector) 提供操作系统安装 boot loader ， 而通常操作系统默认都会安装一份 loader 到它根目录所在的文件系统的 boot sector 上。下面是 boot loader 存放示意图：

如上图所示，每个操作系统默认是会安装一套 boot loader 到他自己的文件系统中。在 Linux 系统安装时，将 boot loader 安装到 MBR 去是可选的；在 Windows 安装时，他预设会主动的将 MBR 与 boot sector 都装上一份。boot loader 主要的功能如下：

  • 提供选单：用户可以选择不同的开机项目，这也是多重引导的重要功能！
  • 载入内核文件：直接指向可开机的程序区段来开始操作系统；
  • 转交其他 loader：将开机管理功能转交给其他 loader 负责。

由于具有选单功能，因此我们可以选择不同的内核来开机。而由于具有控制权转交的功能，因此我们可以加载其他 boot sector 内的 loader 啦！不过 Windows 的 loader 预设不具有控制权转交的功能，因此你不能使用 Windows 的 loader 来加载 Linux 的 loader！所以在安装多重操作系统时必须要先安装Windows！

boot_loader选单与转交控制权功能

最终 boot loader 的功能就是加载kernel 文件啦。

1.3 加载内核检测硬件与 initramfs 的功能⚓

藉由 boot loader 的管理而开始读取内核文件后，接下来， Linux 就会将内核解压缩到主存储器当中， 并且利用内核的功能，开始测试与驱动各个周边装置。此时 Linux 内核会以自己的功能重新侦测一次硬件，而不一定会使用 BIOS 侦测到的硬件信息！也就是说，内核此时开始接管 BIOS 后的工作了。

内核文件/boot/vmlinuz：

[sink@dev ~]$ ls -1 /boot/
config-3.10.0-1062.el7.x86_64   # 此版本内核被编译时选择的功能与模块配置文件
efi
extlinux
grub                            # 旧版 grub，不管它
grub2                           # 开机管理程序 grub2 相关数据目录
initramfs-0-rescue-0242c388ca104d46b8d6d9a4b951ff3f.img # 救援用的虚拟文件系统文件
initramfs-3.10.0-1062.el7.x86_64.img                    # 正常开机会用到的虚拟文件系统
initramfs-3.10.0-1062.el7.x86_64kdump.img               # 内核出问题时会用到的虚拟文件系统
initrd-plymouth.img
symvers-3.10.0-1062.el7.x86_64.gz
System.map-3.10.0-1062.el7.x86_64                       # 内核功能放置到内存地址的对应表
vmlinuz-0-rescue-0242c388ca104d46b8d6d9a4b951ff3f       # 救援用的内核文件
vmlinuz-3.10.0-1062.el7.x86_64                          # 内核文件

Linux 内核是可以通过动态加载内核模块的(就请想成驱动程序即可)，这些内核模块就放置在 /lib/modules/ 目录内。由于模块放置到磁盘根目录内 (要记得 /lib 不可以与 / 分别放在不同的 partition !)， 因此在开机的过程中内核必须要挂载根目录，这样才能够读取内核模块提供加载驱动程序的功能。 而且为了担心影响到磁盘内的文件系统，因此开机过程中根目录是以只读的方式来挂载的。

一般来说，非必要的功能且可以编译成为模块的内核功能，目前的 Linux distributions 都会将他编译成为模块。因此 USB， SATA， SCSI... 等磁盘装置的驱动程序通常都是以模块的方式来存在的。

问题是，内核根本不认识 SATA 磁盘，所以需要加载 SATA 磁盘的驱动程序， 否则根本就无法挂载根目录。但是 SATA 的驱动程序在 /lib/modules 内，你根本无法挂载根目录又怎么读取到 /lib/modules/ 内的驱动程序？解决该问题的方法就是虚拟文件系统。

虚拟文件系统 (Initial RAM Disk 或 Initial RAM Filesystem) 一般使用的文件名为 /boot/initrd 或 /boot/initramfs。也能够透过 boot loader 来加载到内存中，然后这个文件会被解压缩并且在内存当中仿真成一个根目录， 且此仿真在内存当中的文件系统能够提供一支可执行的程序，透过该程序来加载开机过程中所最需要的内核模块， 通常这些模块就是 USB， RAID， LVM，SCSI 等文件系统与磁盘接口的驱动程序啦！等载入完成后， 会帮助内核重新呼叫 systemd 来开始后续的正常开机流程。

更详细的 initramfs 说明，使用 man initrd查阅。

initramfs 文件内容：

[root@dev boot]$ lsinitrd initramfs-3.10.0-1062.el7.x86_64.img
# 数据介绍，会占用容量
Image: initramfs-3.10.0-1062.el7.x86_64.img: 31M
========================================================================
Early CPIO image
========================================================================
drwxr-xr-x   3 root     root            0 Oct 22 16:19 .
-rw-r--r--   1 root     root            2 Oct 22 16:19 early_cpio
drwxr-xr-x   3 root     root            0 Oct 22 16:19 kernel
drwxr-xr-x   3 root     root            0 Oct 22 16:19 kernel/x86
drwxr-xr-x   2 root     root            0 Oct 22 16:19 kernel/x86/microcode
-rw-r--r--   1 root     root       100352 Oct 22 16:19 kernel/x86/microcode/GenuineIntel.bin
========================================================================
Version: dracut-033-564.el7

Arguments: -f

# 所有的模块
dracut modules:
bash
nss-softokn
i18n
……
shutdown
========================================================================
# 所有的文件
drwxr-xr-x  12 root     root            0 Oct 22 16:19 .
crw-r--r--   1 root     root       5,   1 Oct 22 16:19 dev/console
crw-r--r--   1 root     root       1,  11 Oct 22 16:19 dev/kmsg
crw-r--r--   1 root     root       1,   3 Oct 22 16:19 dev/null
lrwxrwxrwx   1 root     root            7 Oct 22 16:19 bin -> usr/bin
……
lrwxrwxrwx   1 root     root           23 Oct 22 16:19 init -> usr/lib/systemd/systemd
lrwxrwxrwx   1 root     root            9 Oct 22 16:19 lib64 -> usr/lib64
lrwxrwxrwx   1 root     root            7 Oct 22 16:19 lib -> usr/lib
……
drwxr-xr-x   2 root     root            0 Oct 22 16:19 usr/lib/dracut/hooks/mount
drwxr-xr-x   2 root     root            0 Oct 22 16:19 usr/lib/dracut/hooks/netroot
……
lrwxrwxrwx   1 root     root            6 Oct 22 16:19 var/run -> ../run
========================================================================

解压查看内容：

[root@dev boot]# mkdir /tmp/initramfs
[root@dev boot]# cd /tmp/initramfs
[root@dev initramfs]# cp /boot/initramfs-3.10.0-1062.el7.x86_64.img .
[root@dev initramfs]# file initramfs-3.10.0-1062.el7.x86_64.img 
initramfs-3.10.0-1062.el7.x86_64.img: ASCII cpio archive (SVR4 with no CRC)
[root@dev initramfs]# cpio -i -d -H newc --no-absolute-filenames < initramfs-3.10.0-1062.el7.x86_64.img 
198 blocks
[root@dev initramfs]# ll
# 这里就对应了 lsinitrd 列出信息的前三部分
total 31188
-rw-r--r--. 1 root root        2 Dec  5 16:10 early_cpio
-rw-------. 1 root root 31929564 Dec  5 16:10 initramfs-3.10.0-1062.el7.x86_64.img
drwxr-xr-x. 3 root root       17 Dec  5 16:10 kernel
要想真正地解压 initramfs.img，就要先去掉去除前面不需要的文件头数据部份即偏移量：

计算偏移量的方法：

  • 方法一：其实initramfs.img是cpio打包的gzip格式的文件，gzip文件压缩的又是cpio打包的目录，所以需要知道gzip文件在最外层的cpio文件的偏移量。而gzip格式的文件开头字节是0x1f 0x8b 0x08，所以只要查找出这几个字节的偏移量即可。
# 命令一。每一个单元代表一个字节，所以偏移量是 101376 + 0 = 101376
# -t 输出格式，x1 表示每个整数占1个字节，-A 文件偏移量格式，d 表示使用带符号的十进制
[root@dev initramfs]# od -t x1 -A d initramfs-3.10.0-1062.el7.x86_64.img | grep "1f 8b 08"
0101376 1f 8b 08 00 9e bb ae 5d 02 03 9c bd 07 5c 13 4d
# 命令二。每一个单元代表一个字节，所以偏移量是 0018c00(十六进制) = 101376(十进制)
[root@dev initramfs]# xxd -g 1 initramfs-3.10.0-1062.el7.x86_64.img | grep "1f 8b 08"
0018c00: 1f 8b 08 00 9e bb ae 5d 02 03 9c bd 07 5c 13 4d  .......].....\.M
^C
  • 方法二：获取 kernel 目录下的文件 kernel/x86/microcode/GenuineIntel.bin 的大小，然后加上1024，即得到偏移量。看出来的规律，我也不知道为什么。//TODO

解压过程：

# 首先计算出偏移量为 0101376 
[root@dev initramfs]# dd if=initramfs-3.10.0-1062.el7.x86_64.img of=initramfs.gz bs=0101376 skip=1
[root@dev initramfs]# file initramfs.gz 
initramfs.gz: gzip compressed data, from Unix, last modified: Tue Oct 22 16:19:42 2019, max compression
[root@dev initramfs]# mkdir initramfs && mv initramfs.gz initramfs/ && cd initramfs/
# 先用 gzip 解压
[root@dev initramfs]# gzip -d initramfs.gz 
# 解压出来一个 cpio 文件
[root@dev initramfs]# ll
total 64348
-rw-r--r--. 1 root root 65891328 Dec  5 16:57 initramfs
[root@dev initramfs]# file initramfs 
initramfs: ASCII cpio archive (SVR4 with no CRC)
# 再用 cpio 解压
[root@dev initramfs]# cpio -i -d -F initramfs --no-absolute-filenames -c
[root@dev initramfs]# ll
total 64356
lrwxrwxrwx.  1 root root        7 Dec  5 17:10 bin -> usr/bin
drwxr-xr-x.  2 root root       45 Dec  5 17:10 dev
drwxr-xr-x. 12 root root     4096 Dec  5 17:10 etc
lrwxrwxrwx.  1 root root       23 Dec  5 17:10 init -> usr/lib/systemd/systemd
-rw-r--r--.  1 root root 65891328 Dec  5 16:57 initramfs        # 这是原文件
lrwxrwxrwx.  1 root root        7 Dec  5 17:10 lib -> usr/lib
lrwxrwxrwx.  1 root root        9 Dec  5 17:10 lib64 -> usr/lib64
drwxr-xr-x.  2 root root        6 Dec  5 17:10 proc
drwxr-xr-x.  2 root root        6 Dec  5 17:10 root
drwxr-xr-x.  2 root root        6 Dec  5 17:10 run
lrwxrwxrwx.  1 root root        8 Dec  5 17:10 sbin -> usr/sbin
-rwxr-xr-x.  1 root root     3117 Dec  5 17:10 shutdown
drwxr-xr-x.  2 root root        6 Dec  5 17:10 sys
drwxr-xr-x.  2 root root        6 Dec  5 17:10 sysroot
drwxr-xr-x.  2 root root        6 Dec  5 17:10 tmp
drwxr-xr-x.  7 root root       66 Dec  5 17:10 usr
drwxr-xr-x.  2 root root       29 Dec  5 17:10 var

整个文件夹就类似于一个根目录，这样kernel就能挂载了。

# 看看默认的操作环境，指向的就是 initrd.target
[root@dev initramfs]# ll usr/lib/systemd/system/default.target 
lrwxrwxrwx. 1 root root 13 Dec  6 08:40 usr/lib/systemd/system/default.target -> initrd.target

initrd.target 也是需要读入一堆例如 basic.target， sysinit.target 等等的硬件检测、内核功能启用的流程， 然后开始让系统顺利运作。最终才又卸载 initramfs 的小型文件系统，实际挂载系统的根目录。

同理，直接将开机所需模块编译到内核中，也能顺利启动了。

2. 第一个程序 systemd 及使用 default.target 进入开机程序分析⚓

systemd 最主要的功能就是准备软件执行的环境，包括系统的主机名、网络设定、语系处理、文件系统格式及其他服务的启动等。 而所有的动作都会透过 systemd 的默认启动服务集合，亦即是 /etc/systemd/system/default.target 来规划。

2.1 兼容于 runlevel 的等级⚓

systemd 为了兼容于旧式的 system V 操作行为, 所以也将 runlevel 与操作环境做了结合：

[root@dev ~]# ll /usr/lib/systemd/system/runlevel?.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 15 Oct 22 16:01 /usr/lib/systemd/system/runlevel0.target -> poweroff.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 13 Oct 22 16:01 /usr/lib/systemd/system/runlevel1.target -> rescue.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Oct 22 16:01 /usr/lib/systemd/system/runlevel2.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Oct 22 16:01 /usr/lib/systemd/system/runlevel3.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 17 Oct 22 16:01 /usr/lib/systemd/system/runlevel4.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 16 Oct 22 16:01 /usr/lib/systemd/system/runlevel5.target -> graphical.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 13 Oct 22 16:01 /usr/lib/systemd/system/runlevel6.target -> reboot.target

切换执行等级可以使用init <number>来执行，例如：init 3，相当于 systemctl isolate multi-user.target。

2.2 systemd 的处理流程⚓

CentOS 7.x 的 systemd 开机流程大约是这样：

  1. local-fs.target + swap.target：这两个 target 主要在挂载本机 /etc/fstab 里面所规范的文件系统与相关的内存交换空间。
  2. sysinit.target：这个 target 主要在侦测硬件，加载所需要的内核模块等动作。
  3. basic.target：加载主要的外部硬件驱动程序与防火墙相关任务
  4. multi-user.target 底下的其它一般系统或网络服务的加载
  5. 图形界面相关服务如 gdm.service 等其他服务的加载

下面简要介绍一下这些target的作用是什么，详细的服务还是根据配置的依赖关系查看吧，systemctl list-dependencies xxx。

2.2.1 sysinit.target 初始化系统、basic.target 准备系统⚓

2.2.1.1 sysinit.target 大致内容⚓
  • 特殊文件系统装置的挂载：包括 dev-hugepages.mount dev-mqueue.mount 等挂载服务，主要在挂载跟巨量内存分页使用与消息队列的功能。 挂载成功后，会在 /dev 底下建立 /dev/hugepages/， /dev/mqueue/ 等目录;
  • 特殊文件系统的启用：包括磁盘阵列、网络驱动器 (iscsi)、LVM 文件系统、文件系统对照服务 (multipath)等等，也会在这里被侦测与使用到！
  • 开机过程的讯息传递与动画执行：使用 plymouthd 服务搭配 plymouth 指令来传递动画与讯息
  • 日志式系统日志文件的使用：就是 systemd-journald 这个服务的启用啊！
  • 加载额外的内核模块：透过 /etc/modules-load.d/*.conf 文件的设定，让内核额外加载管理员所需要的内核模块！
  • 加载额外的内核参数设定：包括 /etc/sysctl.conf 以及 /etc/sysctl.d/*.conf 内部设定！
  • 启动系统的随机数生成器：随机数生成器可以帮助系统进行一些密码加密演算的功能
  • 设定终端机 (console) 字形
  • 启动动态设备管理器：就是 udevd 这个家伙！用在动态对应实际装置存取与装置文件名对应的一个服务！相当重要喔！也是在这里启动的！
2.2.1.2 basic.target 大致内容⚓

sysinit.target 在初始化系统，而这个 basic .target 则是一个最简陋的操作系统了。

  • 加载 alsa 音效驱动程序：这个 alsa 是个音效相关的驱动程序，会让你的系统有音效产生啰；
  • 载入 firewalld 防火墙：CentOS 7.x 以后使用 firewalld 取代 iptables 的防火墙设定，虽然最终都是使用 iptables 的架构， 不过在设定上面差很多喔！
  • 加载 CPU 的微指令功能；
  • 启动与设定 SELinux 的安全本文：如果由 disable 的状态改成 enable 的状态，或者是管理员设定强制重新设定一次 SELinux 的安全本文， 也在这个阶段处理喔！
  • 将目前的开机过程所产生的开机信息写入到 /var/log/dmesg 当中
  • 由 /etc/sysconfig/modules/*.modules 及 /etc/rc.modules 加载管理员指定的模块！
  • 加载 systemd 支持的 timer 功能

2.2.2 启动 multi-user.target 下的服务⚓

basic.target 让系统成为操作系统的基础，之后就是服务器要顺利运作时，需要的各种主机服务以及提供服务器功能的网络服务的启动了。这些服务的启动则大多是附挂在 multi-user.target 这个操作环境底下。

2.2.2.1 兼容 systemV 的 rc-local.service⚓

在以前的版本中，当系统完成开机后还想要让系统额外执行某些程序的话，可以将该程序指令或脚本的绝对路径名称写入到 /etc/rc.d/rc.local 这个文件去！新的 systemd 机制中，它建议直接写一个 systemd 的启动脚本配置文件到 /etc/systemd/system 底下，然后使用systemctl enable 的方式来设定启用它，而不要直接使用 rc.local 这个文件。

[sink@dev boot]$ cat /etc/rc.d/rc.local 
#!/bin/bash
# THIS FILE IS ADDED FOR COMPATIBILITY PURPOSES
#
# It is highly advisable to create own systemd services or udev rules
# to run scripts during boot instead of using this file.
#
# In contrast to previous versions due to parallel execution during boot
# this script will NOT be run after all other services.
#
# Please note that you must run 'chmod +x /etc/rc.d/rc.local' to ensure
# that this script will be executed during boot.

touch /var/lock/subsys/local
2.2.2.2 提供 tty 界面与登入的服务⚓

由于服务都是同步运作，不一定哪个服务先启动完毕。如果 getty 服务先启动完毕时，你会发现到有可用的终端机尝试让你登入系统了。 问题是，如果 systemd-logind.service 或 systemd-user-sessions.service 服务尚未执行完毕的话，那么你还是无法登入系统的。

2.2.3 启动 graphical.target 下的服务⚓

[sink@dev ~]$ systemctl list-dependencies graphical.target
graphical.target
● ├─accounts-daemon.service
● ├─gdm.service                 # 让用户可以利用图形界面登入的最重要服务
● ├─network.service
● ├─rtkit-daemon.service
● ├─systemd-readahead-collect.service
● ├─systemd-readahead-replay.service
● ├─systemd-update-utmp-runlevel.service
● └─multi-user.target
●   ├─abrt-ccpp.service
●   ├─abrt-oops.service

3. 开机过程会用到的主要配置文件⚓

systemd 有自己的配置文件处理方式，不过为了兼容于 systemV ,其实很多的服务脚本设定还是会读取位于 /etc/sysconfig/ 底下的环境配置文件。

3.1 模块配置文件⚓

sysinit.target中有加载用户自定义模块的地方：

  • /etc/modules-load.d/*.conf：单纯要内核加载模块的位置；
  • /etc/modprobe.d/*.conf：可以加上模块参数的位置。

systemd 在开机时已经把需要的驱动都加载了，基本上无需改动。如果你有某些特定的参数要处理时，才需要在这里做一些处理。

下面是鸟哥举的一个例子。

在前文中我们向 vdftpd de端口改成了 555，其中一个针对 FTP 很重要的防火墙模块为 nf_conntrack_ftp，你可以将这个模块写入到系统开机流程中：

[root@dev ~]# cat /etc/modules-load.d/sink.conf
nf_conntrack_ftp

一个模块 (驱动程序) 写一行。上述的模块基本上是针对默认 FTP 端口 21 所设定的，如果需要调整到 port 555 的话，得在另一个目录下外带参数才行：

[root@dev ~]# cat /etc/modprobe.d/sink.conf
options nf_conntrack_ftp ports=555

之后重新启动就能够顺利的载入并且处理好这个模块了。那么非重启的方法是什么呢：

[root@dev ~]# lsmod | grep nf_conntrack_ftp
[root@dev ~]# systemctl restart systemd-modules-load.service 
[root@dev ~]# lsmod | grep nf_conntrack_ftp
nf_conntrack_ftp       18478  0 
nf_conntrack          139224  8 nf_nat,nf_nat_ipv4,nf_nat_ipv6,xt_conntrack,nf_nat_masquerade_ipv4,nf_conntrack_ftp,nf_conntrack_ipv4,nf_conntrack_ipv6

3.2 其它的环境配置文件⚓

这些文件都在/etc/sysconfig/目录下：

  • authconfig

这个文件主要在规范使用者的身份认证的机制，包括是否使用本机的 /etc/passwd， /etc/shadow 等， 以及 /etc/shadow 密码记录使用何种加密算法，还有是否使用外部密码服务器提供的账号验证 (NIS, LDAP) 等。使用 authconfig-tui 来修改。

  • cpupower

cpupower.service服务使用的配置文件。主要是 Linux 内核如何操作 CPU 的规则。 一般来说,启动 cpupower.service 之后，系统会让 CPU 以最大效能的方式来运作，否则预设就是用多少算多少的模式来处理的。

  • firewalld, iptables-config, iptables-config, ebtables-config

防火墙服务。参考服务器篇。

  • network-scripts/

设定网卡。参考服务器篇。

4. 内核与内核模块⚓

在上文中提到，在整个开机的过程当中，是否能够成功的驱动我们主机的硬件设备，是内核 (kernel) 的工作。目前的内核都具有 modules (模块化) 的功能。

内核与内核模块的位置：

  • 内核： /boot/vmlinuz 或 /boot/vmlinuz-version；
  • 内核解压缩所需 RAM Disk： /boot/initramfs (/boot/initramfs-version)；
  • 内核模块： /lib/modules/version/kernel 或 /lib/modules/$(uname -r)/kernel；
  • 内核原码： /usr/src/linux 或 /usr/src/kernels/ (要安装才会有,预设不安装)。

如果该内核被顺利的加载系统当中了,那么就会有几个信息纪录下来:

  • 内核版本：/proc/version
  • 系统内核功能：/proc/sys/kernel/

如果有个新的硬件，让系统支持的两种方法：

  • 重新编译内核,并加入最新的硬件驱动程序原始码；
  • 将该硬件的驱动程序编译成为模块，在开机时加载该模块。

关于编译的方法，可以参考后续章节。下面说明一下如何加载一个已存在的模块。

4.1 内核模块与依赖⚓

内核模块一般放在/lib/modules/$(uname -r)/kernel目录下：

[root@dev ~]# ls -1 /lib/modules/$(uname -r)/kernel/
arch    # 与硬件平台有关的项目,例如 CPU 的等级等等
crypto  # 内核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
fs      # 内核所支持的文件系统
kernel
lib     # 一些函数库;
mm
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;
virt

/lib/modules/$(uname -r)/modules.dep文件记录了在内核支持的模块的各项依赖。利用 depmod 这个指令就可以建立该文件：

depmod -[aA] [options] [forced_version]
输出适用于 modprobe 的依赖列表
不加任何选项等同于“depmod -a”

Options:
    -a, --all            Probe all modules，并写入到文件中
    -A, --quick          找到新模块才更新文件
    -n, --show           不写入 modules.dep ,而是将结果输出到屏幕上(standard out)
    -e, --errsyms        显示出目前已加载的不可执行的模块名称

若我做好一个网卡驱动程序 a.ko，该如何更新核心的依赖：

cp a.ko /lib/modules/$(uname -r)/kernel/drivers/net
depmod

4.2 内核模块的查看⚓

列出模块、大小、依赖：

[root@dev ~]# lsmod 
# 名字                   大小  此模块是否被其他模块所使用
Module                  Size  Used by
nf_conntrack_ftp       18478  0 
tcp_lp                 12663  0 
llc                    14552  2 stp,bridge
……

查看具体的某个模块的信息：

modinfo [options] filename [args]
filename 可以是模块名字或模块文件
Options:
    -a, --author                Print only 'author'
    -d, --description           Print only 'description'
    -l, --license               Print only 'license'
    -p, --parameters            Print only 'parm'
    -n, --filename              Print only 'filename'
    -F, --field=FIELD           Print only provided FIELD

[root@dev ~]# modinfo fuse
filename:       /lib/modules/3.10.0-1062.el7.x86_64/kernel/fs/fuse/fuse.ko.xz
alias:          devname:fuse
alias:          char-major-10-229
alias:          fs-fuseblk
alias:          fs-fuse
license:        GPL
description:    Filesystem in Userspace
……
# 查看自己的模块信息
[root@dev ~]# modinfo a.ko

4.3 内核模块的加载与移除⚓

有两个加载模块的命令：

  • modprobe：会主动的去搜寻 modules.dep 的内容，先解决模块的依赖后， 才决定需要加载的模块有哪些，很方便。
  • insmod：完全由使用者自行加载一个完整文件名的模块， 并不会主动的分析模块的依赖。
[root@dev ~]# lsmod | grep fat
# 加载
[root@dev ~]# insmod /lib/modules/3.10.0-1062.el7.x86_64/kernel/fs/fat/fat.ko.xz
[root@dev ~]# lsmod | grep fat
fat                    65950  0
# 移除
[root@dev ~]# rmmod /lib/modules/3.10.0-1062.el7.x86_64/kernel/fs/fat/fat.ko.xz

使用 insmod 与 rmmod 的问题就是，你必须要自行找到模块的完整文件名才行，而且万一模块有依赖性问题，你将无法直接加载或移除该模块。

modprobe [options] modulename

Management Options:
    -r, --remove                Remove modules instead of inserting
    -f, --force                 Force module insertion or removal.
Query Options:
    -c, --showconfig            Print out known configuration and exit
General Options:
    -n, --dry-run               Do not execute operations, just print out

[root@dev ~]# modprobe fat
[root@dev ~]# lsmod | grep fat
fat                    65950  0 
[root@dev ~]# modprobe -r fat

真是比 insmod 方便多了！

至于模块的选项指定参考上文喽。