Менеджер ядра Linux и монитор активности 🐧💻
Ядро — это часть операционной системы, которая обеспечивает взаимодействие между аппаратными и программными компонентами. В большинстве систем оно загружается при запуске после загрузчика и обрабатывает запросы ввода-вывода, а также периферийные устройства, такие как клавиатуры, мониторы, сетевые адаптеры и динамики. Как правило, ядро отвечает за управление памятью, управление процессами, управление устройствами, системные вызовы и безопасность.
Приложения используют механизм системных вызовов для запроса услуги у операционной системы, и в большинстве случаев этот запрос передаётся ядру с помощью библиотеки, предоставляемой операционной системой, для вызова соответствующей функции ядра. Пока ядро выполняет эти низкоуровневые задачи, оно находится в отдельной области памяти, называемой защищённым пространством ядра, которая недоступна для приложений и других частей системы. Напротив, приложения, такие как браузеры, текстовые редакторы, оконные менеджеры или аудио/видеоплееры, используют другую отдельную область памяти — пространство пользователя. Такое разделение предотвращает взаимное влияние пользовательских данных и данных ядра, вызывающее нестабильность и замедление работы, а также предотвращает сбой всей операционной системы из-за неисправных прикладных программ.
Существуют различные конструкции ядра из-за разных способов управления системными вызовами и ресурсами. Например, в то время как монолитные ядра выполняют все инструкции операционной системы в одном адресном пространстве для скорости, микроядра используют разные пространства для пользовательских и системных служб для модульности. Помимо них, существуют гибридные ядра, наноядра и экзоядра. Архитектура гибридного ядра основана на сочетании аспектов микроядра и монолитного ядра.
Ядро Linux — это открытое, монолитное и Unix-подобное ядро операционной системы, используемое в дистрибутивах Linux, различных встраиваемых системах, таких как маршрутизаторы, а также во всех системах на базе Android. Линус Торвальдс задумал и создал ядро Linux в 1991 году, и до сих пор оно разрабатывается тысячами разработчиков. Это яркий пример свободного и открытого программного обеспечения, и оно используется в других проектах свободного ПО, в частности, в операционной системе GNU. Хотя операционные системы на базе Linux доминируют в большинстве вычислительных систем, они всё ещё несут некоторые недостатки проектирования, которые были предметом значительных дискуссий в ранние дни Linux. Например, оно имеет самый большой размер и наибольшую сложность по сравнению с другими типами ядер. Но это особенность конструкции, присущая монолитным ядрам. Подобные проблемы проектирования побудили разработчиков добавить в ядро Linux новые функции и механизмы, которых нет у других ядер.
В отличие от стандартных монолитных ядер, ядро Linux также является модульным, принимая загружаемые модули ядра (LKM), которые обычно используются для добавления поддержки нового оборудования (в качестве драйверов устройств) и/или файловых систем, или для добавления системных вызовов. Поскольку LKM могут быть загружены и выгружены в систему во время выполнения, они имеют преимущество расширения ядра без перезагрузки и перекомпиляции. Таким образом, функциональность ядра, предоставляемая модулями, не будет находиться в памяти без необходимости, и соответствующий модуль может быть выгружен для освобождения памяти и других ресурсов.
Загружаемые модули ядра находятся в /lib/modules с расширением .ko (kernel object) в Linux. Для вывода списка загруженных модулей ядра можно использовать команду lsmod, а для загрузки или выгрузки модуля ядра — modprobe или insmod/rmmod. insmod/rmmod используются для модулей, независимых от modprobe и не требующих установки в /lib/modules/$(uname -r).
Вот простой пример модуля ядра Linux, который выводит сообщение при загрузке и выгрузке. Шаги сборки и установки модуля с помощью Makefile показаны ниже.``` make # build sudo make install # install sudo modprobe lkm_example # load sudo modprobe -r lkm_example # unload
Команда [dmesg](https://linux.die.net/man/8/dmesg) используется ниже для получения буфера сообщений ядра.```
[16994.295552] [+] Example kernel module loaded.
[16996.325674] [-] Example kernel module unloaded.
kmon предоставляет текстовый интерфейс пользователя для управления модулями ядра Linux и мониторинга активности ядра. Под управлением подразумевается загрузка, выгрузка, добавление в черный список и отображение информации о модуле. Эти изменения в модулях ядра, журналы об оборудовании и другие сообщения ядра могут отслеживаться с помощью монитора активности в реальном времени в kmon. Поскольку для этих задач в Linux требуется использование различных инструментов, таких как dmesg и kmod, kmon стремится собрать их в одном окне терминала и максимально упростить использование, сохраняя при этом функциональность.
kmon написан на Rust и использует библиотеки Ratatui и termion для своего текстового интерфейса пользователя.