Kernel (Русский)

Состояние перевода: На этой странице представлен перевод статьи Kernel. Дата последней синхронизации: 10 июля 2021. Вы можете помочь синхронизировать перевод, если в английской версии произошли изменения.

Из Википедии:

Ядро Linux — ядро операционной системы, соответствующее стандартам POSIX, составляющее основу операционных систем семейства Linux.

Дистрибутив Arch Linux основан на ядре Linux. Помимо основной стабильной (stable) версии в Arch Linux можно использовать некоторые альтернативные ядра. В статье описываются доступные в официальных репозиториях версии ядер, возможные патчи, а также способы, которыми пользователи могут скомпилировать собственное ядро.

Пакет ядра устанавливается в файловую систему в каталоге /boot/. Для загрузки нужного ядра при запуске системы необходимо соответствующим образом настроить загрузчик.

Официальные ядра

Помощь при работе с официальными ядрами можно найти на форуме и в баг-трекере.

Stable — "ванильное" ядро Linux с модулями и некоторыми патчами.

https://www.kernel.org/ || linux

Hardened — ориентированное на безопасность ядро Linux с набором патчей, защищающих от эксплойтов ядра и пространства пользователя. Содержит больше защитных особенностей, чем linux.

https://github.com/anthraxx/linux-hardened || linux-hardened

Longterm — ядро и модули с долгосрочной поддержкой (Long Term Support, LTS).

https://www.kernel.org/ || linux-lts

Zen Kernel — результат коллективных усилий исследователей с целью создать лучшее из возможных ядер Linux для систем общего назначения. Подробности проекта можно найти на сайте liquorix.net (там же можно скачать двоичные файлы Zen-ядра для Debian).

https://github.com/zen-kernel/zen-kernel || linux-zen

Компиляция

Скомпилировать собственное ядро можно двумя способами:

/Arch Build System: Преимущества — наличие готового PKGBUILD для пакета linux и удобство системы управления пакетами.
/Традиционная компиляция: Ручная загрузка архива файлов с исходными кодами ядра и их компиляция.

Важно:

Нестандартное ядро чревато всевозможными проблемами в плане надёжности и стабильности работы, поэтому настоятельно рекомендуется использовать резервное копирование.
Arch Linux поддерживает только #Официальные ядра. Если вы работаете с другим ядром, то не забывайте упоминать это в запросах в поддержку.

Совет:

Лучший способ повысить производительность — адаптировать ядро под свою систему, в первую очередь под архитектуру и тип процессора.
Если оставить в ядре только действительно нужные вам функции, то удастся уменьшить его размер и, следовательно, время сборки. Например, удалите из него Bluetooth, Video4Linux, 1000Mbit Ethernet и прочие вещи, которые на вашей машине точно не понадобятся.

Файлы конфигурации пакетов с ядрами Arch можно найти в исходниках (например, файл [1] из linux). Если включена опция ядра CONFIG_IKCONFIG_PROC, то файл /proc/config.gz содержит настройки ядра, которое работает на вашей машине в данный момент.

Некоторые из перечисленных пакетов могут быть также доступны в двоичном виде в неофициальных репозиториях.

Ядра kernel.org

Git — ядро Linux, собранное из файлов с исходным кодом из git-репозитория Линуса Торвальдса.

https://git.kernel.org/cgit/linux/kernel/git/torvalds/linux.git || linux-git^AUR

Mainline — ядра, в которых появляются все нововведения. Выходят каждые 2-3 месяца.

https://www.kernel.org/ || linux-mainline^AUR

Next — самые новейшие ядра, с улучшениями, которые будут добавлены в следующий mainline-выпуск.

https://www.kernel.org/doc/man-pages/linux-next.html || linux-next-git^AUR

Longterm 4.19 — LTS-ядро версии 4.19.

https://www.kernel.org/ || linux-lts419^AUR

Longterm 5.4 — LTS-ядро версии 5.4.

https://www.kernel.org/ || linux-lts54^AUR

Longterm 5.10 — LTS-ядро версии 5.10.

https://www.kernel.org/ || linux-lts510^AUR

Longterm 5.15 — LTS-ядро версии 5.15.

https://www.kernel.org/ || linux-lts515^AUR

Неофициальные ядра

Ck — патч от Con Kolivas, повышение быстродействия для настольных систем с любым типом нагрузки.

http://ck.kolivas.org/ || linux-ck^AUR

Clear — патчи проекта Clear Linux от Intel. Содержит улучшения производительности и безопасности.

https://github.com/clearlinux-pkgs/linux || linux-clear^AUR

GalliumOS — ядро Linux с патчами GalliumOS для Хромбуков.

https://github.com/GalliumOS/linux || linux-galliumos^AUR^{[ссылка недействительна: package not found]}

Libre — без проприетарных или обфусцированных драйверов устройств.

https://www.fsfla.org/ikiwiki/selibre/linux-libre/ || linux-libre^AUR

Liquorix — ядро, собранное из исходного кода Zen с настройками для Debian. Разработан для настольных, мультимедийных и игровых систем, часто используется в качестве замены основному ядру Debian. Создатель патча Liquorix, Damentz, также является разработчиком набора патчей Zen.

https://liquorix.net || linux-lqx^AUR

pf-kernel — набор неплохих улучшений, не вошедших в mainline. Сопровождается разработчиком ядра. Предоставляет порты улучшений для новых версий ядра, если они не были выпущены официально. Наиболее важные нововведения — UKSM.

https://pfkernel.natalenko.name || Пакеты:

Репозиторий, linux-pf^AUR от разработчика pf-kernel, post-factum.

Realtime kernel — поддерживается небольшой группой разработчиков, возглавляемой Ingo Molnar. Патч позволяет применять kernel preemption практически ко всему ядру за исключением небольших участков кода ("raw_spinlock critical regions"). Этого удалось добиться за счёт замены большинства спинлоков ядра на мьютексы с поддержкой наследования приоритета, а также перемещением всех прерываний (в том числе и программных) в потоки ядра.

https://wiki.linuxfoundation.org/realtime/start || linux-rt, linux-rt-lts

Tkg — ядро с набором патчей для планировщиков PDS и Project C / BMQ. Стандартный планировщик CFS также доступен. Изменения нацелены на улучшение баланса интерактивность/производительность в играх. Автор и сопроводитель — Etienne Juvigny (Tk-Glitch).

https://github.com/Frogging-Family/linux-tkg || not packaged? search in AUR

VFIO — патч ядра от Alex Williamson с поддержкой PCI Passthrough для KVM на некоторых машинах.

https://lwn.net/Articles/499240/ || linux-vfio^AUR, linux-vfio-lts^AUR

XanMod — улучшение производительности ядер рабочих станций, игровых компьютеров, медиацентров и других систем. Включает планировщик MuQSS, планировщик ввода-вывода BFQ, алгоритм дедупликации памяти в реальном времени UKSM, алгоритм управления перегрузками TCP BBR, расширенный набор команд для архитектуры x86_64 и другие изменения.

https://xanmod.org/ || linux-xanmod^AUR

Решение проблем

Паника ядра

Паника ядра (kernel panic) возникает, когда ядро Linux попадает в состояние невосстановимого сбоя. Это состояние обычно возникает из-за ошибок в драйверах оборудования, в результате чего система попадает в deadlock, не реагирует на запросы и требует перезагрузки. Непосредственно перед deadlock генерируется диагностическое сообщение, состоящее из: состояния компьютера, когда произошел сбой, трассировки (call trace), ведущей к функции ядра, распознавшей сбой, и списка загруженных в данный момент модулей. К счастью, паники ядра случаются нечасто при использовании основных версий ядра — таких, которые поставляются из официальных репозиториев — но когда они случаются, необходимо знать, как с ними бороться.

Примечание: Паники ядра иногда называются oops или kernel oops. Хотя и то, и другое возникает в результате сбоя, oops является более общим явлением, поскольку не обязательно приводит к deadlock — иногда ядро может восстановиться после oops, убив проблемную задачу и продолжив работу.

Совет: Передайте параметр ядра oops=panic при загрузке или запишите 1 в /proc/sys/kernel/panic_on_oops, чтобы заставить восстановимый oops выдавать панику. Это рекомендуется сделать, если вас волнует небольшая вероятность получения нестабильной системы после восстановления из oops, что может затруднить диагностику будущих ошибок.

Изучение сообщения паники

Если паника ядра происходит очень рано в процессе загрузки, вы можете увидеть в консоли сообщение "Kernel panic - not syncing:", но после запуска systemd сообщения ядра обычно перехватываются и записываются в системный журнал. Однако, когда возникает паника, диагностическое сообщение, выдаваемое ядром, почти никогда не записывается в файл журнала на диске, потому что компьютер попадает в deadlock до того, как system-journald получит шанс записать журнал. Поэтому единственный способ просмотреть сообщение о панике — это просмотреть его на консоли в момент возникновения (не прибегая к установке kdump crashkernel). Вы можете сделать это, загрузившись со следующими параметрами ядра и попытавшись воспроизвести панику на tty1:

systemd.journald.forward_to_console=1 console=tty1

Совет: Если сообщение о панике прокручивается слишком быстро, попробуйте передать параметр ядра pause_on_oops=секунды при загрузке.

Пример сценария: плохой модуль

Можно сделать предположение о том, какая подсистема или модуль вызывает панику, используя информацию в диагностическом сообщении. В этом сценарии мы имеем панику на некотором воображаемом компьютере во время загрузки. Обратите внимание на строки, выделенные жирным:

kernel: BUG: unable to handle kernel NULL pointer dereference at (null) [1]
kernel: IP: fw_core_init+0x18/0x1000 [firewire_core] [2]
kernel: PGD 718d00067
kernel: P4D 718d00067
kernel: PUD 7b3611067
kernel: PMD 0
kernel:
kernel: Oops: 0002 [#1] PREEMPT SMP
kernel: Modules linked in: firewire_core(+) crc_itu_t cfg80211 rfkill ipt_REJECT nf_reject_ipv4 nf_log_ipv4 nf_log_common xt_LOG nf_conntrack_ipv4 ... [3]
kernel: CPU: 6 PID: 1438 Comm: modprobe Tainted: P           O    4.13.3-1-ARCH #1
kernel: Hardware name: Gigabyte Technology Co., Ltd. H97-D3H/H97-D3H-CF, BIOS F5 06/26/2014
kernel: task: ffff9c667abd9e00 task.stack: ffffb53b8db34000
kernel: RIP: 0010:fw_core_init+0x18/0x1000 [firewire_core]
kernel: RSP: 0018:ffffb53b8db37c68 EFLAGS: 00010246
kernel: RAX: 0000000000000000 RBX: 0000000000000000 RCX: 0000000000000000
kernel: RDX: 0000000000000000 RSI: 0000000000000008 RDI: ffffffffc16d3af4
kernel: RBP: ffffb53b8db37c70 R08: 0000000000000000 R09: ffffffffae113e95
kernel: R10: ffffe93edfdb9680 R11: 0000000000000000 R12: ffffffffc16d9000
kernel: R13: ffff9c6729bf8f60 R14: ffffffffc16d5710 R15: ffff9c6736e55840
kernel: FS:  00007f301fc80b80(0000) GS:ffff9c675dd80000(0000) knlGS:0000000000000000
kernel: CS:  0010 DS: 0000 ES: 0000 CR0: 0000000080050033
kernel: CR2: 0000000000000000 CR3: 00000007c6456000 CR4: 00000000001406e0
kernel: Call Trace:
kernel:  do_one_initcall+0x50/0x190 [4]
kernel:  ? do_init_module+0x27/0x1f2
kernel:  do_init_module+0x5f/0x1f2
kernel:  load_module+0x23f3/0x2be0
kernel:  SYSC_init_module+0x16b/0x1a0
kernel:  ? SYSC_init_module+0x16b/0x1a0
kernel:  SyS_init_module+0xe/0x10
kernel:  entry_SYSCALL_64_fastpath+0x1a/0xa5
kernel: RIP: 0033:0x7f301f3a2a0a
kernel: RSP: 002b:00007ffcabbd1998 EFLAGS: 00000246 ORIG_RAX: 00000000000000af
kernel: RAX: ffffffffffffffda RBX: 0000000000c85a48 RCX: 00007f301f3a2a0a
kernel: RDX: 000000000041aada RSI: 000000000001a738 RDI: 00007f301e7eb010
kernel: RBP: 0000000000c8a520 R08: 0000000000000001 R09: 0000000000000085
kernel: R10: 0000000000000000 R11: 0000000000000246 R12: 0000000000c79208
kernel: R13: 0000000000c8b4d8 R14: 00007f301e7fffff R15: 0000000000000030
kernel: Code: <c7> 04 25 00 00 00 00 01 00 00 00 bb f4 ff ff ff e8 73 43 9c ec 48
kernel: RIP: fw_core_init+0x18/0x1000 [firewire_core] RSP: ffffb53b8db37c68
kernel: CR2: 0000000000000000
kernel: ---[ end trace 71f4306ea1238f17 ]---
kernel: Kernel panic - not syncing: Fatal exception [5]
kernel: Kernel Offset: 0x80000000 from 0xffffffff810000000 (relocation range: 0xffffffff800000000-0xfffffffffbffffffff
kernel: ---[ end Kernel panic - not syncing: Fatal exception

[1] Указывает тип ошибки, вызвавшей панику. В данном случае это была ошибка программиста.
[2] Указывает, что паника произошла в функции под названием fw_core_init в модуле firewire_core.
[3] Указывает, что firewire_core был последним загруженным модулем.
[4] Указывает, что функция, вызвавшая функцию fw_core_init, была do_one_initcall.
[5] Указывает на то, что это сообщение oops на самом деле является паникой ядра, и система ушла в deadlock.

Мы можем предположить, что паника произошла во время инициализации модуля firewire_core при его загрузке. (Тогда можно предположить, что аппаратное обеспечение компьютера несовместимо с данной версией модуля драйвера firewire из-за ошибки программиста, и придётся ждать новой версии). Тем временем, самый простой способ заставить компьютер снова работать — это предотвратить загрузку проблемного модуля. Это можно сделать одним из двух способов:

Если модуль загружается в процессе работы initramfs, перезагрузитесь с параметром ядра rd.blacklist=firewire_core.
Иначе перезагрузитесь с параметром ядра module_blacklist=firewire_core.

Отладка регрессий

См. General troubleshooting#Debugging regressions.

Прежде всего проверьте ядро linux-mainline^AUR на предмет того, не была ли проблема уже решена. В прикреплённом комментарии указан репозиторий с уже собранными ядрами, так что собирать ядро вручную не придётся.

Если проблема проявляется не слишком часто, то имеет смысл попробовать LTS-ядро (linux-lts). Старые версии LTS-ядер можно найти в архиве Arch Linux.

Если избавиться от проблемы не удалось, попробуйте локализовать баг в linux-git^AUR, после чего сообщите о нём в баг-трекер ядра. Важно проверять ванильное непропатченное ядро, чтобы убедиться, что причиной ошибки является не патч. Если проблемы вызывает патч, то сообщите об этом его автору.

Примечание: Локализация местонахождения бага в коде может занять много времени, поскольку придётся многократно пересобирать ядро.

Смотрите также

O'Reilly — Linux Kernel in a Nutshell — электронная книга "Ядро Linux в двух словах".
Какую из stable-версий ядра лучше использовать? от Greg Kroah-Hartman.
Документация ядра Linux