[inetdoc.LINUX]

[inetdoc.LINUX]
http://www.linux-france.org/prj/inetdoc
Exploration GNU/Linux - Séance 6
Initialisation système & noyau Linux
Niveaux de démarrage
Chargement des pilotes de périphériques

Philippe Latu
philippe.latu(at)linux-france.org
IUT 'A' Paul Sabatier - STRI

$Id: explore.seance.6.mgp 1243 2008-01-21 13:55:40Z latu $

(page 1)

(2/28)
Objectifs

• Identifier les étapes de sélection du système
• Analyser les niveaux de démarrage
  • Runlevels
• Caractériser l'occupation mémoire du noyau
  • Kernelspace / Userspace
• Analyser la gestion des pilotes de périphériques
  • Sysfs / Udev / Hotplug

(page 2)

(3/28)
Initialisation du système

• BIOS (Basic Input-Output System)
  • Premier programme appelé par le processeur
  • Analyse de la configuration matérielle
    • Test RAM
    • Identification processeur
    • Identification unités de stockage
• Recherche du système d'exploitation
  • Ordre défini par la configuration BIOS
  • Pour chaque unité désignée
    • Lecture du Master Boot Record (MBR)
  • Lancement du système
    • Si un code Boot Loader est présent

(page 3)

(4/28)
Initialisation du système

• Master Boot Record
  • Contient un code appelé Boot Loader
  • Désigne la partition d'amorçage
  • Accède au gestionnaire de démarrage
• Gestionnaire de démarrage
  • LILO
    • Nouvelle écriture du MBR à chaque changement de configuration
    • Accès direct au disque via le BIOS
  • GRUB
    • Fichier de configuration lu à chaque démarrage
    • Accède aux partitions ext(2|3)
• Partition /boot
  • Contient les fichiers compressés des noyaux
  • Contient les paramètres du gestionnaire de démarrage

(page 4)

(5/28)
Initialisation du système

• Partition /boot

$ mount
/dev/sda1 on /boot type ext3 (rw) # partition formatée exclue du gestionnaire LVM /dev/mapper/Master64-root on / type ext3 (rw,errors=remount-ro)

• Répertoire /boot

$ ls -1t /boot
grub # répertoire configuration GRUB initrd.img-2.6.22-3-amd64 # disque RAM initialisé au démarrage du système initrd.img-2.6.22-3-amd64.bak
lost+found
config-2.6.22-3-amd64 # configuration du noyau distribuée avec le paquet System.map-2.6.22-3-amd64 # carte des appels de fonctions vmlinuz-2.6.22-3-amd64 # partie monolithique du noyau

(page 5)

(6/28)
Initialisation du système

• Partie monolithique vmlinuz-2.6.xx
  • Fichier bzImage
    • Image compressée du noyau
    • Éclatée en plusieurs zones mémoire discontinues

(page 6)

(7/28)
Initialisation du système

• Disque RAM initial
  • Ouvert après le chargement de la partie monolithique
  • Shell minimal + Outils BusyBox
  • Arborescence des modules

$ mkdir initrd ; cd initrd
$ gzip -dc /boot/initrd.img-2.6.xx | cpio -idv
$ tree -L 1
.
|-- bin
|-- conf
|-- etc
|-- init
|-- lib ----------> modules
|-- lib64 `-- 2.6.xx
|-- sbin
`-- scripts

(page 7)

(8/28)
Initialisation du système

• Ajout d'un nouveau noyau
  • Étapes rituelles à la mode Debian
    • L'utilisateur normal etu appartient au groupe src
    • Paquets installés : kernel-package fakeroot libncurses-dev

$ wget http://www.eu.kernel.org/pub/linux/\ kernel/v2.6/linux-2.6.xx.tar.bz2
$ mv linux-2.6.xx.tar.bz2 /usr/src/
$ cd /usr/src/
$ tar xf linux-2.6.xx.tar.bz2
$ ln -s linux-2.6.xx linux
$ cd linux
$ cp /boot/config-2.6.xx .config
$ make menuconfig # menus de configuration des fonctions du noyau $ fakeroot make-kpkg -initrd kernel_image
$ cd .. ; su
# dpkg -i linux-image-2.6.xx-10.00.Custom_amd64.deb

(page 8)

(9/28)
Initialisation du système

• Ajout d'un nouveau noyau
  • Menus de configuration

(page 9)

(10/28)
Initialisation du système

• Ajout d'un nouveau noyau
  • Menus de configuration
    • Arborescence étendue et complexe
    • Difficile à prendre en main
    • Partir d'une configuration fonctionnelle
  • Configuration existante
    • Configuration distribuée avec le paquet
    • Exemple du paquet linux-image-2.6-amd64
    • Fichier /boot/config-2.6.22-3-amd64
  • Synthèse des connaissances
    • Jeu d'options = points essentiels d'un sous-système
    • Jeu d'options = table des matières du thème de cours

(page 10)

(11/28)
Initialisation du système

• Ajout d'un nouveau noyau
  • Configuration GRUB
    • Script update-grub fourni avec le paquet grub
    • Mise à jour automatisée du menu du gestionnaire de démarrage

# update-grub -v
Searching for GRUB installation directory ... found: /boot/grub
Searching for default file ... found: /boot/grub/default
Testing for an existing GRUB menu.lst file ... found: /boot/grub/menu.lst
Searching for splash image ... none found, skipping ...
Found kernel: /vmlinuz-2.6.23.14 # noyau ajouté Found kernel: /vmlinuz-2.6.22-3-amd64 # noyau fourni par la distribution Updating /boot/grub/menu.lst ... done

(page 11)

(12/28)
Initialisation du noyau

• Processeurs Intel
  • Passage en mode protégé
  • Passage en mode 32 bits
• Séquence d'initialisation
  • Architecture
  • Mémoire virtuelle
  • Ordonnanceur / Scheduler
    • Interruptions et horloge
• Paramètres de la ligne de commande
• Chargement des modules
  • 2 possibilités
    • Montage de la partition racine en lecture seule
    • Montage d'une racine en RAM = initrd

(page 12)

(13/28)
Initialisation des processus

• 2 Processus initiaux
  • Processus idle
    • Occupe le processeur pendant les «temps morts»
  • Processus init
    • Assure le séquencement du démarrage du système
    • Contrôle l'accès à la partition racine
    • Exécute le programme init
    • Fichier /sbin/init pour Debian
  • Processus init = parent de tous les autres excepté idle
    • man init

(page 13)

(14/28)
Niveaux de démarrage - runlevels

• 7 niveaux appelés runlevels
  • http://www.linuxbase.org/spec/lsbreview.html

0 halt
1 single user mode
2 multiuser with no network services exported
3 normal/full multiuser
4 reserved for local use, default is normal/full multiuser
5 multiuser with xdm or equivalent
6 reboot

• Niveaux définis dans le fichier /etc/inittab
  • Debian = id:2:initdefault:
  • Conditions de réinitialisation

# What to do when CTRL-ALT-DEL is pressed.
ca:12345:ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t1 -a -r now

• Un niveau = un ensemble de scripts à exécuter

(page 14)

(15/28)
Niveaux de démarrage - runlevels

• Répertoire /etc/init.d
  • Code source des scripts
  • Commandes conventionnelles
    • start = démarrage du service
    • stop = arrêt du service
    • reload = rechargement de la configuration
    • restart = redémarrage du service
  • Exemple du redémarrage des connexions réseau
    • /etc/init.d/networking restart

force-reload|restart)
process_options
log_action_begin_msg "Reconfiguring network interfaces"
ifdown -a --exclude=lo || true
if ifup -a --exclude=lo; then
log_action_end_msg $?
else
log_action_end_msg $?
fi
;;

(page 15)

(16/28)
Niveaux de démarrage - runlevels

• Répertoire /etc/init.d
  • Exemple de code
    • Extrait du script /etc/init.d/atd

case "$1" in
start)
log_daemon_msg "Starting deferred execution scheduler" "atd"
start_daemon $DAEMON
log_end_msg $?
;;
stop)
log_daemon_msg "Stopping deferred execution scheduler" "atd"
killproc $DAEMON
log_end_msg $?
;;
force-reload|restart)
$0 stop
$0 start
;;
*)
echo "Usage: /etc/init.d/atd {start|stop|restart|force-reload}"
exit 1
;;
esac

(page 16)

(17/28)
Niveaux de démarrage - runlevels

• Répertoire /etc/rcS.d
  • Liens symboliques
  • Scripts à exécuter indépendamment du niveau
  • Exemple du jeu de caractères du clavier
    • S05keymap.sh -> ../init.d/keymap.sh
  • /etc/rcS.d remplace /etc/rc.boot obsolète
• Répertoires '/etc/rc0.d' à '/etc/rc6.d'
  • Liens symboliques
  • Scripts à exécuter en fonction du niveau choisi
    • Liens commençant par 'S??' = commande 'start'
    • Liens commençant par 'K??' = commande 'stop'
  • Exemple du service acpid

$ find /etc/rc?.d -type l -name "*acpid" -printf "%p "
/etc/rc0.d/K20acpid /etc/rc1.d/K20acpid \ /etc/rc2.d/S20acpid /etc/rc3.d/S20acpid /etc/rc4.d/S20acpid /etc/rc5.d/S20acpid \ /etc/rc6.d/K20acpid

(page 17)

(18/28)
Niveaux de démarrage - runlevels

• Éditeur Sys V KDE
  • Banque de script à gauche
  • Runlevels de 0 à 6

(page 18)

(19/28)
Chargement du noyau

• 2 structures de base
  • Monolithique
    • Structure compacte
    • Toutes les ressources sont intégrées au noyau
  • Modulaire
    • Structure minimaliste
    • Ajout|Retrait de ressources en cours d'exécution
• Choix d'intégration = configuration du noyau
  • Structure modulaire
    • Utilisable sur plusieurs configurations matérielles
    • Noyaux des distributions = «massivement» modulaires
  • Structure monolithique
    • Consomme moins de mémoire
    • Accès direct aux pilotes sans tableaux d'adressage
    • Distinction kernelspace/userspace

(page 19)

(20/28)
Chargement des modules

• Paquet module-init-tools
  • Commandes de manipulation des modules

$ apt-cache show module-init-tools

• Répertoires /lib/modules/2.6.xx/'

$ ls -lA /lib/modules/
$ lsmod # liste les modules chargés en mémoire # modprobe -v <nom_du_module> # chargement d'un module + dépendances # modprobe -rv <nom_du_module> # déchargement d'un module

(page 20)

(21/28)
Représentation des périphériques

• Contexte historique Unix
  • Tout est système de fichiers
  • Arborescence des périphériques
    • /dev
  • Création manuelle des objets à la demande
    • MAKEDEV
  • Linux 2.4 - *BSD - Solaris
    • Représentation dans l'espace noyau
    • Système de fichiers devfs
    • Code difficile à maintenir
• Contexte contemporain
  • Répartition des fonctions entre espaces mémoire
    • Noyau = inventaire du matériel et communications
    • Utilisateur = chargement automatisé des pilotes

(page 21)

(22/28)
Représentation des périphériques

• Espace noyau - kernelspace
  • Fourniture de service
    • sysfs = système de fichier dédié
    • /proc et /sys
    • Unix domain sockets
    • Fonctions réseau
• Espace utilisateur - userspace
  • Construction de l'arborescence /dev
    • Démon udev
    • Démarrage au niveau /etc/rcS.d/
    • Réaction aux évènements matériels
    • Connexions à chaud - hotplug = Unités de stockage, RAM, CPUs
  • Paquet Debian udev
    • Configuration dans /etc/udev
    • Jeux de règles d'initialisation des périphériques

(page 22)

(23/28)
Représentation des périphériques

• Démon udev et stockage
  • Informations matérielles

$ lspci
02:0e.0 RAID bus controller: Dell PowerEdge Expandable RAID controller 5
$ dmesg |less
scsi 0:0:8:0: Enclosure DP BACKPLANE 1.00 PQ: 0 ANSI: 5
scsi 0:2:0:0: Direct-Access DELL PERC 5/i 1.03 PQ: 0 ANSI: 5
sd 0:2:0:0: [sda] 570949632 512-byte hardware sectors (292326 MB)
$ udevinfo --query=all --name=/dev/sda
P: /block/sda
N: sda
S: disk/by-id/scsi-3600188b04f98ed000d54bae071fe76c6
S: disk/by-path/pci-0000:02:0e.0-scsi-0:2:0:0
E: ID_VENDOR=DELL
E: ID_MODEL=PERC_5i
E: ID_REVISION=1.03
E: ID_SERIAL=3600188b04f98ed000d54bae071fe76c6
E: ID_SERIAL_SHORT=600188b04f98ed000d54bae071fe76c6
E: ID_TYPE=disk
E: ID_BUS=scsi
E: ID_PATH=pci-0000:02:0e.0-scsi-0:2:0:0

(page 23)

(24/28)
Représentation des périphériques

• Démon udev et interfaces réseau
  • Informations matérielles

$ lspci
0c:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82572EI Gigabit Ethernet Controller (rev 06)
$ dmesg |less
e1000: eth0: e1000_probe: Intel(R) PRO/1000 Network Connection
udev: renamed network interface eth0 to eth2
$ udevinfo -a -p /sys/class/net/eth2
looking at device '/devices/pci0000:00/0000:00:04.0/0000:0c:00.0/net/eth2':
KERNEL=="eth2"
SUBSYSTEM=="net"
DRIVER==""
ATTR{weight}=="64"
ATTR{tx_queue_len}=="1000"
ATTR{flags}=="0x1002"
ATTR{mtu}=="1500"
ATTR{operstate}=="down"
ATTR{broadcast}=="ff:ff:ff:ff:ff:ff"
ATTR{address}=="00:15:17:19:9b:a9"
...

(page 24)

(25/28)
Représentation des périphériques

• Démon udev
  • Règles sur les interfaces réseau

$ cat /etc/udev/rules.d/z25_persistent-net.rules
# This file was automatically generated by the /lib/udev/write_net_rules
# program, probably run by the persistent-net-generator.rules rules file.
#
# You can modify it, as long as you keep each rule on a single line.
# PCI device 0x14e4:0x164c (bnx2)
SUBSYSTEM=="net", DRIVERS=="?*", ATTRS{address}=="00:1a:a0:01:f0:32", NAME="eth0"
# PCI device 0x14e4:0x164c (bnx2)
SUBSYSTEM=="net", DRIVERS=="?*", ATTRS{address}=="00:1a:a0:01:f0:30", NAME="eth1"
# PCI device 0x8086:0x107d (e1000) <----- Identification composant SUBSYSTEM=="net", DRIVERS=="?*", ATTRS{address}=="00:15:17:19:9b:a9", NAME="eth2"
^ ^
Adresse MAC -----' Nom d'interface -----'

(page 25)

(26/28)
Chargement des modules

• Script /etc/init.d/module-init-tools
  • Gestion du chargement des modules au
• Fichier /etc/modules
  • Liste des modules à charger sans règles udev
• Répertoire /etc/modprobe.d/
  • Paramétrage manuel des modules

(page 26)

(27/28)
Chargement des modules

• Chargement manuel des modules
  • Gestion des capteurs de carte mère
    • Bus I2C «non-hotplug»
    • Exécution du script sensors-detect du paquet lm-sensors
    • Scrutation du bus I2C
    • Liste des composants reconnus = modules à charger manuellement
• Application
  • Recherche des modules
    • Comment retrouver un module dans l'arborescence du noyau ?
    • Comment charger un module en mémoire ?
    • Comment vérifier qu'un module est chargé ?
  • Exploitation des capteurs
    • Installer et configurer le paquet ksensors

(page 27)

(28/28)
Synthèse

• Initialisation système
  • Noyau Linux
    • Contrôle précis de l'empreinte mémoire
    • Chargement en mémoire des modules correspondant aux composants
  • Démons et services indépendants et autonomes
    • runlevels
    • /etc/init.d/<nom_service> restart
    • Éviter Ctrl+Alt+Suppr sur les serveurs en production ;))
• Gestion des périphériques
  • Distinction claire des espaces mémoire
    • kernlespace = sysfs
    • userspace = udev
  • Fonctions hotplug en constante évolution

(page 28)