16.4 Linux内核(内核模块)的加载

简介: GRUB 加载了内核之后,内核首先会再进行二次系统的自检,而不一定使用 BIOS 检测的硬件信息。这时内核终于开始替代 BIOS 接管 Linux 的启动过程了。

GRUB 加载了内核之后,内核首先会再进行二次系统的自检,而不一定使用 BIOS 检测的硬件信息。这时内核终于开始替代 BIOS 接管 Linux 的启动过程了。

内核完成再次系统自检之后,开始采用动态的方式加载每个硬件的模块,这个动态模块大家可以想象成硬件的驱动(默认 Linux 硬件的驱动是不需要手工安装的,如果是重要的功能,则会直接编译到内核当中;如果是非重要的功能,比如硬件驱动会编译为模块,则在需要时由内核调用。不过,如果没有被内核硬件,要想驱动,就需要手工安装个硬件的硬块了。具体的安装方法会在后续章节中介绍)。

那么,Linux 的内核到底放在了哪里呢?当然是 /boot 的启动目录中了,我们来看看这个目录下的内容吧。

[root@localhost ~]#ls /boot/
config-2.6.32-279.el6.i686
\#内核的配置文件,内核编译时选择的功能与模块
efi
\#可扩展固件接口,为英特尔为全新PC固件的体系结构、接口和服务提出的建议标准
grub
\#启动引导程GTUB的数据目录
initramfe-2.6.32-279.el6.i686.img
\#虚拟文件系统(CentOS 6.x 中用initramfs替代了initrd,但功能是一样的)
lost+found
故boot分区的备份目录
symvers-2_6.32-279.el6.i686.gz
\#模块符号信息
System.map-2.6.32-279.el6.i686
\#内核功能和内存地址的对应列表
vmlinuz-2.6.32-279.el6.i686
\#用于启动的Linux内核。这个文件是一个压缩的内核镜像

我们已经知道,Linux 会把不重要的功能编译成内核模块,在需要时再调用,从而保证了内核不会过大。在多数 Linux 中,都会把硬件的驱动程序编译为模块, 这些模块保存在 /lib/modules 目录中。常见的 USB、SATA 和 SCSI 等硬盘设备的驱动,还有一些特殊的文件系统(如 LVM、RAID 等)的驱动,都是以模块的方式来保存的。

如果 Linux 安装在 IDE 硬盘之上,并且采用的是默认的 ext3/4 文件系统,那么内核启动后加载根分区和模块的加载都没有什么问题,系统会顺利启动。但是,如果 Linux 安装在 SCSI 硬盘之上,或者采用的是 LVM 文件系统,那么内核(内核载入内存是启动引导程序 GRUB 调用的,并不存在硬盘驱动不识别的问题)在加载根目录之前是需要加载 SCSI 硬盘或 LVM 文件系统的驱动的。

SCSI 硬盘和 LVM 文件系统的驱动都放在硬盘的 /lib/modules 目录中,既然内核没有办法识别 SCSI 硬盘或 LVM 文件系统,那怎么可能读取 /lib/modules 目录中的驱动呢?Linux 给出的解决办法是使用 initramfs 这个虚拟文件系统来处理这个问题。

initramfe虚拟文件系统

CentOS 6.x 中使用 initramfs 虚拟文件系统取代了 CentOS 5.x 中的 initrd RAM Disk。它们的作用类似,可以通过启动引导程序加载到内存中,然后会解压缩并在内存中仿真成一个根目录,并且这个仿真的文件系统能够提供一个可执行程序,通过该程序来加载启动过程中所需的内核模块,比如 USB、SATA. SCSI 硬盘的驱动和 LVM、RAID 文件系统的驱动。

也就是说,通过 initramfs 虚拟文件系统在内存中模拟出一个根目录,然后在这个模拟根目录中加载 SCSI 等硬件的驱动,就可以加载真正的根目录了,之后才能调用 Linux 的第一个进程 /sbin/init。

Initramfs 虚拟文件系统主要有以下优点:

  • initramfs 随着其中数据的増减自动増减容量。
  • 在 initramfs 和页面缓存之间没有重复数据。
  • initramfs 重复利用了 Linux caching 的代码,因此几乎没有増加内核尺寸,而 caching 的代码已经经过良好测试,所以 initramfs 的代码质量也有保证。
  • 不需要额外的文件系统驱动。

其实大家只需要知道 initramfs 是为了在内核中建立一个模拟根目录,这个模拟根目录是为了可以调用 USB、SATA、SCSI、LVM、RAID 等硬盘接口或文件系统的驱动模块,加载了驱动模块后才可以加载真正的系统根目录。我们可以通过示意图 1 来表示这个过程。

img
图 1 内核启动流程

那么既然 initramfs 是一个仿真根目录,那么我们是否可以看看这个仿真根目录中到底是什么样子的呢?当然可以,命令如下:

[root@localhost ~]# mkdir /tmp/initramfs
\#建立测试目录
[root@localhost ~]# cp/boot/
initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img/tmp/initramfs/
\#复制initramfs文件
[root@localhost ~]# cd /tmp/initramfs/
[root@localhost initramfs]# file
initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img
initramfe-2.6.32-279.el6.i686.img:gzip compressed
data,from Unix,last modified:
Wed Apr 10 21:49:34 2013, max compression
\#查看文件类型,发现这个文件是一个使用gzip命令打包的压缩包
[root@localhost initramfs]# mv initramfs-2.6.32-279.el6.i686.imginitramfs-2.6.32-279.el6.i686.img.gz
\#修改文件的扩展名为.gz
[root@localhost initramfs]# gunzip
initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img.gz
\#解压缩
[root@localhost initramfs]# ls
initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img
[root@localhost initramfs]# file
initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img
initramfe-2.6.32-279.el6.i686.img: ASCII cpio archive (SVR4withnoCRC)
\#查看文件类型,使用cpio命令的压缩文件
[root@localhost initramfs]# cpio -ivcdu <initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img
\#解压缩
[root@localhost initramfs]#ll
总用量34512
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4月 2412:10 bin
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4 月 24 12:10 cmdline
drwxr-xr-x. 3 root root 4096 4月 24 12:10 dev
-rw-r--r--. 1 root root 19 4 月 24 12:10 dracut-004-283.el6
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4 月 24 12:10 emergency
drwxr-xr-x. 7 root root 4096 4月 24 12:10 etc
-rwxr-xr-x. 1 root root 8962 4月 24 12:10 init
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4 月 24 12:10 initqueue
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4 月 24 12:10 initqueue-finished
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4 月 24 12:10 initqueue-settled
drwxr-xr-x. 2 root root 4096 4 月 24 12:10
initqueue-timeout
-rw-r--r--. 1 root root 35235328 4 月 24 12:09 initramfs-2.6.32-279.el6.i686.img
drwxr-xr-x. 9 root root 4096 4月 2412:10 lib
…省略部分输出…
\#这就是initramfs虚拟文件系统中的内容,和根目录是不是很像
目录
相关文章
|
3月前
|
安全 网络协议 Linux
深入理解Linux内核模块:加载机制、参数传递与实战开发
本文深入解析了Linux内核模块的加载机制、参数传递方式及实战开发技巧。内容涵盖模块基础概念、加载与卸载流程、生命周期管理、参数配置方法,并通过“Hello World”模块和字符设备驱动实例,带领读者逐步掌握模块开发技能。同时,介绍了调试手段、常见问题排查、开发规范及高级特性,如内核线程、模块间通信与性能优化策略。适合希望深入理解Linux内核机制、提升系统编程能力的技术人员阅读与实践。
385 1
|
3月前
|
Ubuntu Linux
Ubuntu 23.04 用上 Linux 6.2 内核,预计下放到 22.04 LTS 版本
Linux 6.2 带来了多项内容更新,修复了 AMD 锐龙处理器设备在启用 fTPM 后的运行卡顿问题,还增强了文件系统。
|
3月前
|
Ubuntu Linux
Ubuntu 23.10 现在由Linux内核6.3提供支持
如果你想在你的个人电脑上测试一下Ubuntu 23.10的最新开发快照,你可以从官方下载服务器下载最新的每日构建ISO。然而,请记住,这是一个预发布版本,所以不要在生产机器上使用或安装它。
|
3月前
|
监控 Ubuntu Linux
什么Linux,Linux内核及Linux操作系统
上面只是简单的介绍了一下Linux操作系统的几个核心组件,其实Linux的整体架构要复杂的多。单纯从Linux内核的角度,它要管理CPU、内存、网卡、硬盘和输入输出等设备,因此内核本身分为进程调度,内存管理,虚拟文件系统,网络接口等4个核心子系统。
274 0
|
3月前
|
Web App开发 缓存 Rust
|
3月前
|
Ubuntu 安全 Linux
Ubuntu 发行版更新 Linux 内核,修复 17 个安全漏洞
本地攻击者可以利用上述漏洞,攻击 Ubuntu 22.10、Ubuntu 22.04、Ubuntu 20.04 LTS 发行版,导致拒绝服务(系统崩溃)或执行任意代码。
|
2月前
|
Linux 应用服务中间件 Shell
二、Linux文本处理与文件操作核心命令
熟悉了Linux的基本“行走”后,就该拿起真正的“工具”干活了。用grep这个“放大镜”在文件里搜索内容,用find这个“探测器”在系统中寻找文件,再用tar把东西打包带走。最关键的是要学会使用管道符|,它像一条流水线,能把这些命令串联起来,让简单工具组合出强大的功能,比如 ps -ef | grep 'nginx' 就能快速找出nginx进程。
379 1
二、Linux文本处理与文件操作核心命令
|
2月前
|
Linux
linux命令—stat
`stat` 是 Linux 系统中用于查看文件或文件系统详细状态信息的命令。相比 `ls -l`,它提供更全面的信息,包括文件大小、权限、所有者、时间戳(最后访问、修改、状态变更时间)、inode 号、设备信息等。其常用选项包括 `-f` 查看文件系统状态、`-t` 以简洁格式输出、`-L` 跟踪符号链接,以及 `-c` 或 `--format` 自定义输出格式。通过这些选项,用户可以灵活获取所需信息,适用于系统调试、权限检查、磁盘管理等场景。
281 137
|
2月前
|
安全 Ubuntu Unix
一、初识 Linux 与基本命令
玩转Linux命令行,就像探索一座新城市。首先要熟悉它的“地图”,也就是/根目录下/etc(放配置)、/home(住家)这些核心区域。然后掌握几个“生存口令”:用ls看周围,cd去别处,mkdir建新房,cp/mv搬东西,再用cat或tail看文件内容。最后,别忘了随时按Tab键,它能帮你自动补全命令和路径,是提高效率的第一神器。
633 57