Linux I Johannes Walch

Transkript

1 Duale Hochschule Baden-Württemberg Mannheim Linux I Johannes Walch "Linux IS user-friendly. It s just a little picky about it s friends."

2 Organisatorisches Unterlagen: Termin Klausur? Technische Vorraussetzung: Virtual Box mit Linux für jeden Teilnehmer

3 Betriebssystem Betriebssystemkern Grundlegende Bibliotheken Systemprogramme Oberfläche(n)

4 Betriebssystem Kern Schnittstelle zur Hardware (Abstraktionsschicht) Prozessor Speicher Geräte (PCI/USB) Speicherverwaltung Prozessverwaltung / Scheduler Geräteverwaltung Dateisysteme

5 Historie/Einordnung

6 Linux Kernel Modularer Monolithischer Kernel (x86 = Ring0) Module = Treiber Kernel Threads = Ansätze von Micro Kernel

7 Monolithisch / Microkernel Quelle:

8 Kernel Module kernel code der zur Laufzeit geladen werden kann Hauptnutzen: Treiber (Geräte, Dateisysteme, Netzwerkprotokolle) grund: wachsende Kernelgrösse, verteilte Entwicklung/Kapselung Mindestanforderung: init_module und cleanup_module Funktion

9 Kernel Threads existieren trotz monolithischer Struktur Kernel memory highest priority "housekeeping" Abarbeitung von Aufgaben mit hoher Wartezeit (SWAP,IRQ) int kernel_thread(int (*fn)(void *), void * arg, unsigned long flags) { long retval, d0; } asm volatile ( "movl %%esp,%%esi\n\t" "int $0x80\n\t" /* Linux/i386 system call */ "cmpl %%esp,%%esi\n\t" /* child or parent? */ "je 1f\n\t" /* parent - jump */ /* Load the argument into eax, and push it. That way, it does * not matter whether the called function is compiled with * -mregparm or not. */ "movl %4,%%eax\n\t" "pushl %%eax\n\t" "call *%5\n\t" /* call fn */ "movl %3,%0\n\t" /* exit */ "int $0x80\n" "1:\t" :"=&a" (retval), "=&S" (d0) :"0" ( NR_clone), "i" ( NR_exit), "r" (arg), "r" (fn), "b" (flags CLONE_VM) : "memory"); return retval;

10 grundlegende Bibliotheken / Software GNU Projekt gcc / g++ compiler libgcc libtermcap, libcrypt, init System: Dienste, Systemprogramme

11 Oberflächen Shell als Textinterface (klassische Konsole) Unabhängig von der Technik/Hardware X11 als grafische Oberfläche X11 Grafiktreiber Nutzbare Fensterelemente über Window Manager (KDE, Gnome..)

12 UNIX Ähnliche Systeme POSIX Standard Alle Dateisysteme in einer Hierarchie (VFS) ELF binary Format Philosophie: Alles ist eine Datei Universelles Interface Leicht verknüpfbar

13 Linux Kernel Linux als vollständiges Betriebssystem GNU / gcc Environment POSIX Struktur SH basierte shells / X11 Spezielle Ausprägung: Distribution (debian, Ubuntu, Redhat..)

14 System Calls Quelle: Wikimedia Commons

15 1.1 Bootvorgang

16 Bootvorgang Firmware Stage 1/4 Direkt architekturabhängig BIOS (für PC Architektur) Auswahl Bootmedium z.b BIOS Funktionen für Festplattenzugriff MBR wird ausgeführt (512 Byte vom Bootmedium) Boatloader wird gestartet

17 Bootvorgang Bootloader stage 2/4 Aufgaben des Bootloaders: Kernel laden Kernel mit boot Informationen versorgen Verschiedene Bootloader LILO GRUB Andere: loadlin,syslinux

18 GRUB Drei Phasen (Stage) Vorgehen Wesentlich erweiterter Funktionsumfang (Versteht z.b Dateisysteme) Boot Prozedur * Stage 1: Firmware lädt den GRUB boot sector. Anhand von numerischen Adressen wird über BIOS Funktionen die nächste Phase geladen. * Stage 1.5 /boot/grub/stage2 wird geladen über BIOS Funktionen. Mehrere 100 KByte. * Stage 2: GRUB stellt Menü und Kommandozeile bereit. Menü wird aus /boot/grub/grub.conf geladen * GRUB führt die Befehle aus -> Booten

19 Initialisierungsaufgaben: Bootvorgang Kernel stage 3/4 CPU Geschwindigkeit und delay loop Anzeige Hardware PCI Bus anbinden Virtual Memory Management Einkompilierte Treiber initialisieren

20 startup_32: start_kernel lock_kernel trap_init init_irq sched_init softirq_init time_init console_init #ifdef CONFIG_MODULES init_modules #endif kmem_cache_init sti calibrate_delay mem_init kmem_cache_sizes_init pgtable_cache_init fork_init proc_caches_init vfs_caches_init buffer_init page_cache_init signals_init #ifdef CONFIG_PROC_FS proc_root_init #endif #if defined(config_sysvipc) ipc_init #endif check_bugs smp_init rest_init kernel_thread unlock_kernel cpu_idle Kernel Startup Code Funktionen von ''rest_init': Kernel thread "init" wird gestartet unlock_kernel kernel wird aufgerufen ruft "idle loop" auf Init Thread: init lock_kernel do_basic_setup mtrr_init sysctl_init pci_init sock_init start_context_thread do_init_calls (*call())-> kswapd_init prepare_namespace free_initmem unlock_kernel execve

21 Initial Ramdisk - Zugriff auf ein root filesystem for dem eigentlichen Systemstart - Kann Treiber laden die für den Zugriff auf das root filesystem notwendig sind - Motivation: Treiber in den Kernel einbinden -> Neu kompilieren Vorgang: Komprimierte Initial Ramdisk wird in normale Ramdisk entpackt Unkomprimierte Ramdisk wird als root fs eingehängt /linuxrc aus ramdisk wird ausgeführt Module werden geladen "Normales" root fs wird eingehängt init wird ausgeführt

22 init hat Prozessnummer 1 Bootvorgang Init Stage 4/4 Der Systemstart nach dem Kernel wird vom init Prozeß gesteuert Klassische Quelle für Konfiguration: /etc/inittab runlevel Systeminitialisierungskommando (/etc/rc.sysinit) Kommandos beim Eintreten und Verlassen in bestimmte runlevels

23 runlevel Zustand des Betriebssystems Übergang von Zuständen: starten/stoppen von Diensten # 0 - halt (Do NOT set initdefault to this) # 1 - Single user mode # 2 - Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have networking) # 3 - Full multiuser mode # 4 - unused # 5 - X11 # 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this)

24 Bootvorgang Init Stage 4/4 - rc.sysinit Distributionsabhängig Mögliche Aufgaben Uhr nach Hardware stellen Tastaturmappings /proc einhängen swap einbinden lokale Dateisysteme einhängen Treiber laden

25 Bootvorgang Init Stage 4/4 - runlevel scripts Hauptkontrolle durch das Programm rc Wird aufgerufen mit "neuer" runlevel Nummer Jedem runlevel entspricht ein Verzeichnis /etc/rc.d/rc?.d Symbolische Links auf die Startscripte in /etc/init.d/ lrwxrwxrwx 1 root root 18 Sep S06cpuspeed ->../init.d/cpuspeed lrwxrwxrwx 1 root root 17 Sep S10network ->../init.d/network lrwxrwxrwx 1 root root 16 Sep S12syslog ->../init.d/syslog lrwxrwxrwx 1 root root 20 Sep S13irqbalance ->../init.d/irqbalance lrwxrwxrwx 1 root root 19 Sep S15mdmonitor ->../init.d/mdmonitor S für Start, K für Kill Zahl bestimmt Reihenfolge Init scripte : Systemdienste starten Letzter service local

26 systemd Wird als PID 1 gestartet, ersetzt init Starten, Überwachen und Beenden weiterer Prozesse (k)dbus zur Interprozesskommunikation Paralleles Hochfahren, Nachrichten an nicht gestartete Dienste werden gepuffert Starten von Diensten basierend auf Ereigenisse Bedienung durch systemctl Entwicklung führte zu gewisser Spaltung in der Linux Community

27 systemd Systemd Komponenten

28 /dev UNIX Philosophie: "Alles ist eine Datei" Spezielles Verzeichnis zur Ansteuerung von Hardware Treiber Interface entspricht "device file" (z.b ttys0, sda, zero) Muss nicht reale Hardware sein Drei Informationen sind für jedes Device relevant: Art des Zugriffs (Block oder Zeichenorientiert) Hauptgerätenummer (major device number) Nebengerätenummer (minor device number)»/usr/src/linux/documentation/devices.txt«beispiel: brw-r root disk 3, 0 Apr 10 11:29 hda crw-rw root uucp 4, 64 Apr 10 11:29 ttys0

29 sysfs /dev ist veraltet: unstrukturiert, zu viele files Zwischenlösung devfs 2.6 Kernel : sysfs Virtuelles Dateisystem (mount) Baum gibt Struktur, Blätter les/schreibbare Pseudodateien

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32 udev Brücke zwischen /dev und /sys Läuft komplett im userspace /sbin/hotplug Definition über Regeln, Beispiel: KERNEL=="tty[0-9][0-9]*", Eigene Regeln möglich GROUP="tty", MODE="0660", OPTIONS="last_rule" /etc/udev/rules.d/10-visor.rules BUS="usb", SYSFS{product}="Palm Handheld*", KERNEL="ttyUSB[13579]", SYMLINK="pilot"

33 /proc Schnittstelle zwischen User(space) und Kernel Virtuelles Filesystem Dateien im ASCII Format Funktionen: Informationen auslesen (über Prozesse, Treiber..) Kernelparamter ändern

34 Links FS/Loopback-Root-FS-2.html

35 Links c.html hnik6.html