PIT 2012: Workshop@UniNA

Compilazione del Kernel Linux- light tips && tricks -a cura di Marco Ferrigno

con il patrocinio del Preside della Facoltà di Ingegneria dell'Università degli Studi di Napoli Federico II:

Prof. Piero Salatino

e con il sostegno del Prof. Antonio PescapèComics Unina Research Group

root@host:/# intro

PROPEDEUTICITA':

Nozioni basilari sulle architetture di elaborazione,

Nozioni basilari sull'utilizzo dei sistemi operativi,

Curiosità e spirito di iniziativa.

COSA IMPAREREMO DA QUESTO TALK:

GNU/Linux Day 2011: a che punto eravamo rimasti?

Il kernel Linux in pratica;

Compilazione: un approccio top-down;

Bootloader manager && opzioni addizionali

GNU General Public License

Il sistema Linux è' libero, nel senso che si può' copiare, modificare e usare in qualunque modo si desideri e si può far circolare senza alcuna limitazione

All'atto della distribuzione si deve rendere disponibile il codice sorgente e ciò vale per ogni componente di un pacchetto di distribuzione che sia oggetto della GPL

Kernel: cos'è realmente?

E' il software il cui compito è quello di fornire ai processi in esecuzione sull'elaboratore un accesso sicuro e controllato al hardware.

PRINCIPALI MANSIONI:

Gestione della porzione tempo-macchina

Gestione delle astrazioni

Nel nostro caso (quasi)

KERNEL MONOLITICI(UNIX->*.BSD, LINUX ) INTEGRAZIONE DEL CODICE STRETTA

Kernel Linux: mappa

Kernel Linux: perchè compilare

Domanda: La mia distro ha già un kernel precompilato, perchè dovrei ricompilare?

Essenzialmente sono quattro i casi in cui la ricompilazione è necessaria

L'aggiornamento a versioni più recenti senza cambiare distribuzione;

L'inserimento di nuove funzionalità non contenute nel kernel precompilato;

L'implementazione di nuovi driver per una certa periferica;

Curiosità e spirito di iniziativa ^_^

Kernel Linux: versioni disponibili

Domanda: Dove procurarsi i sorgenti?

su https://www.kernel.org/

Caso d'esempio: Linux kernel 3.3.2 (Latest Stable Kernel; 13 aprile 2012) https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/

Numerazione:

Nome file: linux-x.y.z

Major release: xRamo di sviluppo: yVersioni per ramo di sviluppo: z

Kernel Linux: il formato compresso

SCOMPATTARE L'ARCHIVIO

consiglio: scompattare l'archivio nella cartella /usr/src

root@host:/# bunzip2 linux-3.3.2.tar.bz2

sostituisce il *.tar.bz2 con il suo equivalente non compresso *.tar

root@host:/# tar xvf linux-3.3.2.tar

estrae dall'archivio i files e crea la giusta struttura di directory, mantenendo il file *.tara questo punto si può entrare nella direcotry creata:

root@host:/# cd linux-3.3.2root@host:/linux-3.3.2#

Kernel Linux: configurazione

LA FASE DI CONFIGURAZIONE

root@host:/linux-3.3.2# make config

nel caso nel sistema fossero presenti le librerie ncurses (e relativi files di sviluppo) è possibile sostituire il comando sopra citato con

root@host:/linux-3.3.2# make menuconfig

La selezione dei parametri è un procedimento lungo che richiede molta ponderazione: si tratta di decidere cosa andrà compilato ed incluso nel kernel, che cosa non dovrà essere compilato, cosa andrà compilato ma sarà utilizzato come modulo.

ATTENZIONE ai contrassegni: (*); (M)

Kernel Linux: make menuconfig

UNO DEI CASI D'USO: make menuconfig

General setup --->

CONFIGURA FUNZIONALITÀ GENERALI DEL KERNEL.

Voci principali (o da tenere sott'occhio) su ~60:

( ) Tool per la Cross Compilazione Modalità di compressione del Kernel --- >(GZIP, BZIP2, LZMA, XZ, LZO) [*]System V IPC Sottosistema IRQ ---> Sottosistema RCU ---> [*] Initial RAM filesystem and RAM disk support [*] Configure standard Kernel features (expert users) ---> Kernel performance events and counter --->

[*] Enable loadable module support --->

I moduli sono piccoli pezzi di codice già compilato che possono essere inseriti nel Kernel in esecuzione.

Abilitando questa opzione ed eseguendo successivamente

make modules_install

metteremo i moduli nella cartella

/lib/modules

da dove potranno essere poi caricati tramite l'utilizzo di modprobe

… altri dettagli nelle prossime slides :)

[*] Enable the block layer --->

Attivazione dei supporti di grandi dimensioni (>2TB) e opzioni per la loro gestione

PRINCIPALE SOTTOVOCE:

I/O SCHEDULER:

DEADLINE: inizio e fine di un servizio tramite un preciso vincolo temporale

CFQ: richieste sincrone alle quali è assegnata una porzione di tempo-macchina per ciascuna coda di appartenenza

NOOP: semplicemente FIFO ^_^

Processor type and features --->

PROCESSORE: TIPO E CARATTERISTICHE.

In questa sezione potete scegliere il tipo di processore per il quale va compilato il Kernel

Voci principali (o da tenere sott'occhio) su ~70:

[*] Enable MPS table (MultiProcessor Specification) [*] Supporting for big SMP System with more than 8 CPUs [*] Paravirtualized guest support ---> Processor family ---> [*] SMT (Hyperthreading) scheduler support Preemption model ---> (server, desktop, low-latency desktop) Hight memory support --->

ACPI options / Bus / ELF

POWER MANAGEMENT AND ACPI OPTIONS --->

Da tenere sott'occhio:

CPU frequency scaling

→ x86 frequency scaling driver

BUS OPTIONS --->

PCI/PCI-EXPRESS/PCMCIA

EXECUTABLE FILE FORMAT / EMULATIONS --->

[*] Kernel support for ELF binaries

[*] Networking support --->

LISTA VASTISSIMA!

Un insieme di opzioni specializzate per la rete, tra cui:

Networking option ---> [*] Amateur radio support ---> [M] IRDA ---> [M] Bluetooth ---> [*] Wireless ---> [M] WIMAX ---> NFC (EXPERIMENTAL) --->

Device Drivers / Firmware Drivers

DEVICE DRIVERS --->

Opzioni relative alla gestione dei device, dai più obsoleti a quelli più usati:

ATA/ATAPI/MFM/RLL;SCSI;SERIAL ATA;PARALLEL ATA;IEEE 1394;MACINTOSH DEVICE DRIVER;ISDN SUPPORT;USB SUPPORT;MMC/SD/SDIO;…

FIRMWARE DRIVERS --->

[M] EFI variable support[M] DELL system management base driver[ ] Sigmastudio firmware loader[ ] Google firmware driver

File system --->

IL DOGMA: OGNI COSA E' UN FILE

La lista dei filesystem supportati è vastissima: EXT2, EXT3, EXT4, RAISER, JFS, XFS, BTRFS, ..

JOURNALING: annotazione delle modifiche a seguito di una caduta di tensione

Altre particolarità:

Supporto delle quote [M] FUSE (File system in User Space) DOS/FAT/NT file system ---> Network file system --->

Kernel hacking --->

Avrete a che fare con ~100naio di opzioni.Nella maggior parte dei casi si tratta di debugger e detector:

File system Scheduler SLAB Kernel memory leak Spinlock …

Security options --->

Particolare attenzione a:

SELINUX: razionalizza il volume di software caricato con un rafforzamento delle politiche di sicurezza strettamente allineato con i requisiti minimi del TCSEC (Trested Computer System Evalutation Criteria)

APPARMOR: permette di associare ad ogni programma un profilo di sicurezza che restringe le capacità del programma stesso

Cryptogaphic API --->

[*] Cryptographic algorith manager

Molti degli algoritmi presenti sono impostati come moduli e sono divisi nelle seguenti categorie

Authenticated encryption Block modes Hash modes Digest Ciphers Compression Random number generator Hardware crypto device --->

Virtualization --->

KERNEL BASED VIRTUAL MACHINE (KVM) ha tra i suoi maggiori sviluppatori Red-Hat

KVM è una complessa infrastruttura di virtualizzazione attualmente implementata come modulo

Si prevede a breve la realizzazione di un'interfaccia a chiamata di sistema

Kernel Linux: la compilazione

TERMINATA LA LUUUUUUUUUNGA DISAMINA, PASSIAMO ALLA COMPILAZIONE!

Assicuratevi che la vostra macchina sia a disposizione senza interruzioni ma soprattutto trovatevi qualcosa di divertente da fare … 4 semplici lettere stresseranno il vostro pc in una maniera non indifferente

root@host:/linux-3.3.2# make

Kernel Linux: immagine compressa e moduli

IMMAGINE COMPRESSA

In questo momento abbiamo compilato tutto ma non abbiamo ancora messo al loro posto nè i moduli nè l'immagine del kernel

root@host:/linux-3.3.2# make bzImage

Fatto ciò nella sottodirectory arch/xyz/boot si troverà il file bzImage.xyz = sigla che indica l'architettura per cui è stato compilato il kernel

Creato il Kernel è il momento di installare i moduli

root@host:/linux-3.3.2# make modules_install

FATTO! (cit. necessaria)! Manca solo un RAMdisk

Kernel Linux: moduli & driver

Ma … cos'è un modulo?

E' un componente software che può svolgere diverse funzioni

VANTAGGI: Può essere compilato separatamente ed essere caricato in un kernel già in uso Alta personalizzazione Distribuzione gratuita e libera

I DRIVER IN UN SISTEMA LINUX:

Il kernel possiede delle tabelle dinamiche di tutti i driver noti e fornisce un insieme di procedure che permettono di aggiungere o rimuovere un driver da queste tabelle in qualunque momento

MODULI & DRIVER:

Un modulo può registrare molti tipi di driver;Un certo modulo può scegliere di registrare più di un driver;Un certo driver potrebbe voler registrare due meccanismi distinti per l'accesso ad un dispositivo

Kernel Linux: initramfs

Torniamo al RAMdisk: cos'è?

E' una porzione di RAM che viene utilizzata come disco.

root@host:/linux-3.3.2# mkinitramfs -o /boot/initrd.img-3.3.2

Il primo parametro indica in path in cui allocare il file

Kernel Linux: the end … o quasi

COPIA DEI FILE IMMAGINE DEL KERNELcp arch/x86/boot/bzImage /boot/vmlinuz-3.3.2

MAPPATURA DEL SISTEMAcp System.map /boot/System.map-3.3.2

[CONSIGLIATA] CONFIGURAZIONE USATAcp .config /boot/config-3.3.2

MODIFICA DEL BOOTLOADERLILO, GRUB, GRUB2 … SI RIMANDA ALLE RISPETTIVE GUIDE (RTFM googleando googleando)

Kernel Linux: il lato oscuro

KERNEL PANIC→ ERRORE IRRECUPERABILE INDIVIDUATO IN KERNEL SPACE

MANCATO CARICAMENTO DEI MODULI

INIEZIONE DI FALLIMENTI→ TRANSAZIONE DI UN SISTEMA IN UNO STATO NON CORRETTO

OVERFLOW→ STACK→ BUFFER→ HEAP

Moduli: after compiling

INSERIMENTO E DEALLOCAZIONE …… rispettivamente con insmod e rmmod

Nel loro funzionamento non tengono conto delle dipendenze, di conseguenza la precedenza fra i moduli deve essere tenuta in conto quando si determina l'ordine con il quale caricarli.Naturalmente la rimozione dei moduli deve avvenire per ordine inverso.

LISTA MODULI CARICATIlsmodL'output visualizza il nome del modulo, il numero di dipendenze e le dipendenze stesse.

CARICAMENTO MODULImodprobeCarica, sfruttando la il contenuto di modules.dep, tutti i moduli eventualmente necessari per il corretto funzionamento di quello specificato

GENERATORE DI DIPENDENZEdepmodSi trova come script di avvio in tutte le distribuzioni e consente di generare automaticamente il file modules.dep (lista di dipendenze)

Kernel Linux: opzioni addizionali

Alcune opzioni addizionali:

Algoritmo di scheduling: inserimentoIl kernel permette di impostare l'algoritmo di scheduling a runtime mediante sysfs; in questo modo è possibile selezionare il miglior algoritmo a seconda del proprio utilizzo

root@host:/# echo nomescheduler > sys/block/nomedevice/queue/iosched

Opzioni di avvio installazione

acpi=off → disattiva l'uso dell'ACPIapm=off → disattiva l'uso dell'APMdisplay=IP:0 → trasmette il display su un sistema remotoexpert → permette il partizionamento di un media staccabile e il montaggio di altri devicemediacheck → verifica integrità isonoathlon → disattiva le ottimizzazioni per AMD Athlonnoprobe → disattiva il rilevamento hardwarenousb → disattiva il caricamento del modulo e il montaggio di periferiche usbresolution= → imposta la modalità video preferita

Stiamo per finire ...

Talk is cheap. Show me the code

(Linus Torvalds)

… stiamo finendo ...

Un sentito ringraziamento a chi ha permesso lo svolgersi di tutto questo:

al Preside della Facoltà di Ingegneria dell'Università degli Studi di Napoli Federico II: Prof. Piero Salatino

e al Prof. Antonio Pescapè, nostro eterno supporter

Ai ragazzi dell'associazione NaLug – Napoli GNU/Linux Users Group http://nalug.netinfo@nalug.net

… abbiamo finito!

Bibliografia: dal kernel 2.2 in poi … parecchi kernel panic -.-'

Riferimenti e contatti:Marco Ferrigno- Security & system independent researcher -- Developer of the Italian Debian GNU/Linux HOWTOs -

http://marcoferrigno.wordpress.com

best regards ;-)