Version vom 2. April 2021, 19:26 Uhr

Allgemeines

Hauptsoftwarekomponente ist der Kernel
fungiert als Schnittstelle zwischen Soft- und Hardware
Linux Kernel ist Modular

Identifizieren der Kernel-Version

$ uname -r
5.9.0-1-amd64

Erste Ziffer: Major Release (wird bei gravierenden Änderungen verändert)
Zweite Ziffer: Version des Major Release
Dritte Ziffer: Patch Level (kleine Änderungen)
- Zahlen danach sind frei wählbar und können beim Erstellen des Kernels selber (Makefile) oder durch die Distributoren festgelegt werden

Kommandos zur Verwaltung von Kernel-Modulen

lsmod

Zeigt Status der Kernelmodule durch Zugriff auf Datei /proc/modules

       $ cat /proc/modules
       usbcore 196608 5 usbhid,usb_storage,xhci_pci,xhci_hcd, Live
       r8169 77824 0 - Live 0xffffffffa046f000
       psmouse 114688 0 - Live 0xffffffffa0404000
       mii 16384 1 r8169, Live 0xffffffffa03ff000
       processor 3276
       80-Live
       0xffffffffa03f1000
       thermal 20480 0 - Live 0xffffffffa03eb000
       pcspkr 16384 0 - Live 0xffffffffa0320000
       soundcore 16384 1 snd, Live 0xffffffffa03c8000
       usb_common 16384 1 usbcore, Live 0xffffffffa0309000
       fan 16384 0 - Live 0xffffffffa01cb000
       lp204800-Live
       0xffffffffa0189000
       parport 40960 3 parport_pc,ppdev,lp, Live 0xffffffffa0112000
       ext4 503808 1 - Live 0xffffffffa032f000
       i915 1175552 3 - Live 0xffffffffa01d2000
       ahci 36864 3 - Live 0xffffffffa01c1000
       cryptd 20480 1 ghash_clmulni_intel, Live 0xffffffffa0047000
       drm 286720 4 i915,drm_kms_helper, Live 0xffffffffa0070000
       video 36864 1 i915, Live 0xffffffffa0019000
   
       $ lsmod
       Module                  Size  Used by
       usbcore               196608  5 usb_storage,usbhid,xhci_hcd,xhci_pci
       r8169                  77824  0
       psmouse               114688  0
       mii                    16384  1 r8169
       processor              32768  0
       thermal                20480  0
       pcspkr                 16384  0
       soundcore              16384  1 snd
       usb_common             16384  1 usbcore
       fan                    16384  0
       lp                     20480  0
       parport                40960  3 lp,ppdev,parport_pc
       ext4                  503808  1
       i915                 1175552  3
       ahci                   36864  3
       cryptd                 20480  1 ghash_clmulni_intel
       drm                   286720  4 i915,drm_kms_helper
       video                  36864  1 i915

insmod

Module können in den laufenden Kernel geladen werden durch komplette Pfadangabe und eventuell Optionen falls es diese benötigt
Abhängigkeiten werden automatisch geprüft und im Falle einer Abhängigkeit mit Fehlermeldungen beantwortet.
insmod gibt im Erfolgsfall keine Bestätigungsmeldung aus. Das Modul wird kommentarlos in den Arbeitsspeicher geladen.

# insmod /lib/modules/4.6.3/kernel/drivers/usb/storage/usb-storage.ko

rmmod

Dient zum entfernen von nicht mehr benötigten Modulen. Dabei ist kein Pfad nötig sondern der Modulname

# rmmod usb-storage

Gibt bei Modulen die benutzt werden Fehlermeldung aus

# rmmod usbcore
rmmod: ERROR: Module usbcore is in use by: usb_storage usbserial usbhid
xhci_hcd xhci_pci

Optionen

-v verbose-Mode
-f erzwingt das entladen eines Modules wärend Abhängigkeit

modprobe

Vereint und optimiert die Befehle insmod und rmmod.

Keine Pfadangabe mehr nötig
Erkennt Abhängigkeit zwischen Modulen und behebt diese Probleme durch Installation der fehlenden Module bei Bedarf
Module eines Typs können auf ein mal geladen werden
Entfernen und Auflisten von Modulen (Bei Auflistung werden aber nur Module gezeigt die in den laufenden Kernel intrigiert werden können)

# modprobe -at

Die Option -a steht für all und -t für Type des Moduls. Optionen sind bei neueren Versionen nicht mehr möglich

Ressourcen für Hardwarekomponenten

Zur abfrage der Konfigurationen der Hardwareressourcen sind die Dateien unterhalb des Verzeichnisses /proc nötig

Im zusammenhang wichtige Date zum prüfen:

/proc/interrupts enthält Informationen über die vom System verwendeten Interrupts.
/proc/ioports enthält Informationen über die von Hardwarekomponenten verwendeten I/O-Adressen
/proc/dma ist eine Liste der von Geräten verwendeten DMA-Kanäle.
/proc/pci ist ein veraltetes Verzeichnis, das bei älteren Kernel-Versionen Informationen über den PCI-Bus enthielt. Heutige Kernel-Versionen verwenden eine eigene Verzeichnishierarchie unterhalb von /proc/bus/pci.

Das Verzeichnis /proc/sys/kernel

Zur Laufzeit legt der Kernel seine Konfigurationsinformationen im /proc-Dateisystem ab.Mit dem Befehl cat können Änderungen vorgenommen werden. Wenn Sie Änderungen an diesen Dateien vornehmen, gehen diese bei einem Neustart des Systems verloren, weil das /proc-Dateisystemsich Informationen abbildet, die sich im Arbeitsspeicher befinden.

Das virtuelle Dateisystem sysfs

sysfs exportiert, ähnlich wie das /proc-System, Informationen über Treibermodule des Kernels

           root@user:/sys# ls -l
           insgesamt 0
       drwxr-xr-x   2 root root 0 Feb 10 05:55 block
       drwxr-xr-x  28 root root 0 Feb 10 05:55 bus
       drwxr-xr-x  47 root root 0 Feb 10 05:55 class
       drwxr-xr-x   4 root root 0 Feb 10 05:55 dev
       drwxr-xr-x  16 root root 0 Feb 10 05:55 devices
       drwxr-xr-x   5 root root 0 Feb 10 05:55 firmware
       drwxr-xr-x   6 root root 0 Feb 10 05:55 fs
       drwxr-xr-x   2 root root 0 Feb 10 05:55 hypervisor
       drwxr-xr-x   9 root root 0 Feb 10 05:55 kernel
       drwxr-xr-x 128 root root 0 Feb 10 05:55 module
       drwxr-xr-x   2 root root 0 Feb 10 15:24 power

Jedes dieser Unterverzeichnisse repräsentiert ein Treibermodell des laufenden Kernels. Das Verzeichnis /sys ist dynamisch generiert und enthält deshalb nur benötgte Informationene zu den vorhandenen Geräten, dabei wird der Ressourcenverbrauch reduziert.

hald und dbus

hald repräsentiert den Hardware Abstraction Layer. Im zusammenhang mit Hotplug-Geräten hat er die Aufgabe dem dbus zu informieren wenn ein Wechsellaufwerk angeschlossen wird.

udev

udev ist ein in das System intregierter Gerätemanger der die Ein- und Ausgabe dieser Gerärer verwaltet.
Er erstellt dynamische Gerätedatein im Verzeichnis /dev

Gerätedateien unter /dev

Bekannte Dateien unter /dev sind z.B.

/dev/null
/dev/zero
/dev/stdin
/dev/stdout
/dev/stderr

Gerätedateien für die Terminals (tty).

Auch Datenträger und logische Laufwerke werden unter Linux als Gerätedateien unterhalb des Pfades /dev dargestellt

Die Gerätedateien für Datenträger beginnen in der regel mit /dev/sd. Das gilt für SATA, USB und SCSI-Geräte.

/dev/sda   -   erstens Gerät
/dev/sdb   -   zweites Gerät
...

Auf einer Festplatte können nicht mehr als vier Partitionen erstellt werden.
Primäre Partitionen sind Direkt ansprechbar und können problemlos formatiert und benutzt werden.
Es können bis zu vier primär Partitionen gleichzeitig existieren
Erweiterte Partitionen dienen als Behälter für logische Partitionen.
Man kann nur eine einzige erweiterte Partition auf einer Festplatte anlegen in der nach Festplattentyp 60 (IDE) oder 12 (SCSi/SATA) logische Partitionen erstellt werden können.
Primär und erweiterte Partitionen werden von 1-4 gelistet und logische ab 5 auch wenn nur eine erweiterte und eine primäre vorliegen.

/dev/sda1 – erste primäre Partition
/dev/sda2 – zweite primäre Partition
/dev/sda3 – erweiterte Partition
/dev/sda5 – erste logische Partition
/dev/sda6 – zweite logische Partition
/dev/sda7 – dritte logische Partition

Der PCI-Bus

PCI-Steckplätze können genutzt werden, um Erweiterungskarten auf die Hauptplatine eines Computers zu stecken (Sound-, Netzwerk-und Grafikkarten usw.).
Zum Überblick über den PCI-Bus benutzt man das Kommando lspci
Das Kommando unterscheidet drei verbose Stufen
- lspci -vvvgibt sehr detaillierte Informationen

# lspci -v
...
00:02.0 VGA compatible controller: Intel Corporation Atom Processor Z36xxx/
Z37xxx Series Graphics & Display (rev 0e) (prog-if 00 [VGA controller])
Subsystem: Lenovo Device 368d
Flags: bus master, fast devsel, latency 0, IRQ 88
Memory at b0000000 (32-bit, non-prefetchable) [size=4M]
Memory at a0000000 (32-bit, prefetchable) [size=256M]
I/O ports at f080 [size=8]
[virtual] Expansion ROM at 000c0000 [disabled] [size=128K]
Capabilities: [d0] Power Management version 2
Capabilities: [90] MSI: Enable+ Count=1/1 Maskable- 64bit-
Capabilities: [b0] Vendor Specific Information: Len=07 <?>
Kernel driver in use: i915

lspci bezieht seine Informationen aus dem Verzeichnis /proc/bus/pci
Es wertet die Dateien aus und stellt sie übersichtlich dar
Mit -t stellt es die PCI-Geräte in einem Baumdiagramm dar

USB – Universal Serial Bus

USB (Universal Serial Bus) ist ein Bus-System zum Anschluss von Peripheriegeräten

USB-Host-Controller-Typen

UHCI (Universal Host Controller Interface) unterstützt USB 1.1
OHCI (Open Host Controller Interface) unterstützt USB 1.0
EHCI (Enhanced Host Controller Interface) unterstützt USB 2.0
xHCI (Extensible Host Controller Interface) unterstützt USB 3.1

Linux muss zu den jeweiligen Typen das Passende Kernel Modul geladen werden

usb-ohci.o
usb-uhci.o
usb-ehci.o
xhci_hci.o

USB-Klassen

Nach dem Laden des richtigen Host-Controllers können die Klassentreiber eingebunden werden.

hio.o (Human Interface Devices) Eingabegeräte: Tastatur, Maus etc.
usb-sorage.o zur Ansteuerung von USB-Massenspeicher Geräten
...

Wenn ein USB-Gerät initialisiert wurde, wird unterhalb von /dev/bus/usb ein Verzeichnis angelegt

Die Dateien in diesem System liegen in binärer Form vor und sind nicht mit einem Editor einsehbar.

Mit lsusb können informationen zu USB-Geräten trotzdem ausgelesen werden.

       root@user:/ # lsusb -t
       Bus#  5
       `-Dev#   1 Vendor 0x0000 Product 0x0000
       `-Dev#  29 Vendor 0x1058 Product 0x0702
       Bus#  4
       `-Dev#   1 Vendor 0x0000 Product 0x0000
       Bus#  3
       `-Dev#   1 Vendor 0x0000 Product 0x0000
       Bus#  2
       `-Dev#   1 Vendor 0x0000 Product 0x0000
       `-Dev#  52 Vendor 0x050f Product 0x0003
       |-Dev#  53 Vendor 0x1131 Product 0x1001
       `-Dev#  54 Vendor 0x04e8 Product 0x1623
       Bus#  1
       `-Dev#   1 Vendor 0x0000 Product 0x0000

Möchten Sie genauere Informationen über ein einzelnes Gerät erhalten, können Sie dieses über die Vendor- und Produktnummer angeben und einen ausführlichen Bericht erstellen lassen.

       root@user:/ # lsusb -d 0x1058:0x0702 -v
       Bus 005 Device 029: ID 1058:0702 Western Digital Technologies, Inc.
       Device Descriptor:
           bLength                18
           bDescriptorType         1
           bcdUSB               2.00
           bDeviceClass            0 (Defined at Interface level)
           bDeviceSubClass         0
           bDeviceProtocol         0
           bMaxPacketSize0        64
       ...

Kontrollfragen

Welche Kernel-Architektur wird weitgehen in Linux-Distibutionen verwendet?

Ein Monotitischer-kernel. Er ist ein Kernel, in dem nicht nur Funktionen zu Speicher-, Prozessverwaltung und zur Kommunikation zwischen den Prozessen, sondern auch Treiber für die Hardwarekomponenten und möglicherweise weitere Funktionen direkt eingebaut sind.

Für was steht die erste Ziffer der Kernalversion?

Major Release (wird bei gravierenden Änderungen verändert)