kmon

Linux-Kernel-Manager und Aktivitätsmonitor 🐧💻

Der Kernel ist der Teil des Betriebssystems, der die Interaktionen zwischen Hardware- und Software-Komponenten ermöglicht. Auf den meisten Systemen wird er nach dem Start nach dem Bootloader geladen und bearbeitet I/O-Anfragen sowie Peripheriegeräte wie Tastaturen, Monitore, Netzwerkadapter und Lautsprecher. Typischerweise ist der Kernel für die Speicherverwaltung, Prozessverwaltung, Geräteverwaltung, Systemaufrufe und Sicherheit zuständig. Anwendungen nutzen den Systemaufruf-Mechanismus, um einen Dienst vom Betriebssystem anzufordern, und in den meisten Fällen wird diese Anfrage mithilfe einer vom Betriebssystem bereitgestellten Bibliothek an den Kernel weitergeleitet, um die entsprechende Kernelfunktion aufzurufen. Während der Kernel diese grundlegenden Aufgaben ausführt, residiert er in einem separaten Speicherbereich namens geschützter Kernelspace, der für Anwendungen und andere Teile des Systems nicht zugänglich ist. Im Gegensatz dazu nutzen Anwendungen wie Browser, Texteditoren, Fenstermanager oder Audio-/Videoplayer einen anderen separaten Bereich des Speichers, den Userspace. Diese Trennung verhindert, dass Benutzerdaten und Kernel-Daten sich gegenseitig beeinträchtigen und zu Instabilität und Langsamkeit führen, und verhindert zudem, dass fehlerhafte Anwendungsprogramme das gesamte Betriebssystem zum Absturz bringen. Es gibt verschiedene Kernel-Designs aufgrund der unterschiedlichen Arten der Verwaltung von Systemaufrufen und Ressourcen. Während beispielsweise monolithische Kernel alle Betriebssystemanweisungen im selben Adressraum ausführen, um Geschwindigkeit zu erreichen, verwenden Mikrokerne unterschiedliche Räume für Benutzer- und Kernel-Dienste aus Gründen der Modularität. Darüber hinaus gibt es Hybridkerne, Nanokerne und Exokerne. Die hybride Kernelarchitektur basiert auf einer Kombination von Aspekten von Mikrokernen und monolithischen Kernen.

Der Linux-Kernel ist der quelloffene, monolithische und unixähnliche Betriebssystemkernel, der in den Linux-Distributionen, verschiedenen eingebetteten Systemen wie Routern sowie in allen Android-basierten Systemen verwendet wird. Linus Torvalds konzipierte und erstellte den Linux-Kernel im Jahr 1991, und er wird auch heute noch von Tausenden von Entwicklern weiterentwickelt. Er ist ein prominentes Beispiel für freie und Open-Source-Software und wird in anderen freien Softwareprojekten verwendet, insbesondere im GNU-Betriebssystem. Obwohl die Linux-basierten Betriebssysteme den größten Teil der Computerwelt dominieren, tragen sie immer noch einige Designschwächen in sich, die in den frühen Tagen von Linux recht umstritten waren. Beispielsweise hat er den größten Fußabdruck und die höchste Komplexität im Vergleich zu den anderen Kerneltypen. Aber dies ist eine Designeigenschaft, die monolithischen Kernen innewohnt. Diese Art von Designproblemen veranlasste Entwickler dazu, dem Linux-Kernel neue Funktionen und Mechanismen hinzuzufügen, die andere Kernel nicht haben.

Im Gegensatz zu den standardmäßigen monolithischen Kernen ist der Linux-Kernel auch modular und akzeptiert ladbare Kernelmodule (LKM), die typischerweise verwendet werden, um Unterstützung für neue Hardware (als Gerätetreiber) und/oder Dateisysteme hinzuzufügen oder um Systemaufrufe hinzuzufügen. Da LKMs zur Laufzeit in das System geladen und entladen werden können, haben sie den Vorteil, den Kernel zu erweitern, ohne neu starten und neu kompilieren zu müssen. Somit würden die durch Module bereitgestellten Kernelfunktionen nicht ohne Nutzung im Speicher verbleiben, und das entsprechende Modul kann entladen werden, um Speicher und andere Ressourcen freizugeben. Ladbare Kernelmodule befinden sich in /lib/modules mit der Erweiterung .ko (kernel object) in Linux. Während der Befehl lsmod zum Auflisten der geladenen Kernelmodule verwendet werden kann, werden modprobe oder insmod/rmmod zum Laden oder Entladen eines Kernelmoduls verwendet. insmod/rmmod werden für Module verwendet, die unabhängig von modprobe sind und keine Installation in /lib/modules/$(uname -r) erfordern.

Hier ist ein einfaches Beispiel eines Linux-Kernelmoduls, das beim Laden und Entladen eine Nachricht ausgibt. Die Build- und Installationsschritte des Moduls mittels eines Makefiles sind unten aufgeführt.``` make # build sudo make install # install sudo modprobe lkm_example # load sudo modprobe -r lkm_example # unload

Der Befehl [dmesg](https://linux.die.net/man/8/dmesg) wird unten verwendet, um den Nachrichtenpuffer des Kernels abzurufen.```
[16994.295552] [+] Example kernel module loaded.
[16996.325674] [-] Example kernel module unloaded.

kmon bietet eine textbasierte Benutzeroberfläche zur Verwaltung der Linux-Kernel-Module und zur Überwachung der Kernel-Aktivitäten. Dabei umfasst die Verwaltung das Laden, Entladen, Blacklisten und Anzeigen der Informationen eines Moduls. Diese Aktualisierungen der Kernel-Module, Protokolle über die Hardware und andere Kernel-Nachrichten können mit dem Echtzeit-Aktivitätsmonitor in kmon verfolgt werden. Da für diese Aufgaben in Linux die Verwendung verschiedener Tools wie dmesg und kmod erforderlich ist, zielt kmon darauf ab, sie in einem einzigen Terminalfenster zu bündeln und die Nutzung so weit wie möglich zu erleichtern, während die Funktionalität erhalten bleibt.

kmon ist in Rust geschrieben und verwendet die Bibliotheken Ratatui und termion für seine textbasierte Benutzeroberfläche.

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