Глава 9. Настройка ядра FreeBSD

Ядро - это основная часть операционной системы FreeBSD. Оно ответственно за управление памятью, параметры безопасности, работу с сетью, доступ к дискам и многое другое. Несмотря на то, что FreeBSD становится всё более динамически конфигурируемой, иногда приходится собирать собственное ядро.

После прочтения этой главы вы узнаете:

Все команды, приводимые в этой главе в качестве примера, должны выполняться от пользователя root.

Традиционно в FreeBSD использовалось так называемое "монолитное" ядро. Это означает, что ядро - это одна большая программа, которая поддерживает фиксированный набор устройств и в случае, если необходимо изменить его поведение, требуется сборка нового ядра и перезагрузка компьютера уже с новым ядром.

На сегодняшний день FreeBSD быстро продвигается к модели, в которой большая часть функциональности содержится в модулях, которые могут быть при необходимости динамически загружены и выгружены из ядра. Это позволяет ядру использовать устройства, которые "внезапно" появились в системе (например, устройства PCMCIA в лэптопе) или добавлять новую функциональность в ядро, которая не была необходима в момент первоначальной сборки ядра. Такой подход известен как модульность ядра.

Несмотря на это, всё ещё иногда бывает необходимо, чтобы некоторая функциональность была вкомпилирована в ядро статически. В некоторых случаях это продиктовано тем, что эта функциональность настолько сильно привязана к ядру, что не может быть динамически загружаемой. В других случаях это может быть просто потому, что никто не уделил время написанию динамически загружаемого модуля для этой функциональности.

Сборка собственного ядра - один из наиболее важных ритуалов, совершаемых опытными пользователями BSD. Несмотря на длительность этого процесса, ваша FreeBSD останется только в выигрыше. В отличие от ядра GENERIC, которое должно поддерживать широкий спектр аппаратного обеспечения, собственное ядро содержит поддержку аппаратного обеспечения только вашего компьютера. Это может давать следующие преимущества:

Перед тем, как углубиться в конфигурирование ядра, было бы разумно составить перечень установленного в компьютер аппаратного обеспечения. Если FreeBSD не является основной операционной системой, то перечень оборудования может быть легко составлен на основании анализа конфигурации текущей операционной системы. Например, Диспетчер устройств (Device Manager) от Microsoft® обычно содержит необходимую информацию об установленных устройствах. Диспетчер устройств находится на панели управления (control panel).

Если других операционных систем на машине не установлено, системному администратору придется искать эту информацию самостоятельно. Один из методов подразумевает использование утилиты dmesg(8) и команды man(1). У большинства драйверов во FreeBSD есть страницы справочника, содержащие список поддерживаемого оборудования, а найденные во время начальной загрузки устройства будут перечислены в dmesg(8). К примеру, следующие строки информируют о том, что драйвер psm обнаружил мышь:

Этот драйвер необходимо будет включить в конфигурацию собственного ядра или загрузить посредством loader.conf(5).

В некоторых случаях dmesg отображает только системные сообщения вместо сообщений начальной загрузки. В таких случаях необходимо обращаться к файлу /var/run/dmesg.boot.

Еще один метод нахождения аппаратного обеспечения подразумевает использование достаточно информативной утилиты pciconf(8). Например:

Эта часть вывода, полученная в результате запуска команды pciconf -lv, показывает, что драйвер ath обнаружил беспроводное Ethernet устройство. Набрав man ath, вы получите страницу справочника ath(4).

Также, для извлечения необходимой информации, можно воспользоваться ключом -k к команде man(1). В вышеприведенном случае можно набрать:

чтобы получить страницы справочника, содержащие определенное слово:

Теперь, имея в распоряжении перечень аппаратного оборудования, можно безбоязненно приступить к сборке специализированного ядра.

Перед построением специализированного ядра, обдумайте причины, побудившие вас к этому. Если требуется поддержка специального оборудования, то она наверняка уже реализована в виде модуля.

Модули ядра находятся в каталоге /boot/kernel, и они могут быть динамически включены в работающее ядро при помощи kldload(8). Если не все, то большинство драйверов существуют в виде модулей, и у них есть соответствующая страница справочника. К примеру, в предыдущем разделе упоминался драйвер ath беспроводного Ethernet устройства. Соответствующая ему страница справочника гласит:

Как уже выше сказано, добавление строки if_ath_load="YES" в файл /boot/loader.conf позволит динамически загружать этот модуль во время загрузки системы.

В некоторых случаях, однако, интересующего вас модуля не существует. Чаще всего это справедливо для определенных подсистем и очень важных драйверов. Например, поддержка файловой системы FreeBSD (FFS) является обязательной опцией в ядре. Как и поддержка сети (INET). К сожалению, единственный способ определить является ли драйвер обязательным - это проверить наличие соответствующего модуля.

Во-первых, давайте сделаем краткий обзор каталога, в котором будет происходить сборка ядра. Все каталоги, которые будут упоминаться, будут относительными по отношению к основному каталогу /usr/src/sys, который также доступен как каталог /sys. Этот каталог содержит множество подкаталогов, представляющих собой различные части ядра, но наиболее важным для нас будет каталог arch/conf, в котором вы будете редактировать конфигурационный файл ядра и в котором находится каталог compile, где будет собираться ваше ядро. arch может быть i386, amd64, ia64, powerpc, sparc64 или pc98 (альтернативная ветвь аппаратного обеспечения, популярная в Японии). Все, что находится внутри каталога определенной архитектуры, относится только к этой архитектуре; остальной код является машинно независимым и общим для всех платформ, на которые FreeBSD может быть потенциально портирована. Обратите внимание на логическую структуру каталогов, в которой каждое поддерживаемое устройство, каждая файловая система и каждая опция размещается в своём собственном каталоге.

В примерах этой главы подразумевается, что вы используете архитектуру i386. Если архитектура вашей системы отличается от используемой в примерах, то вам необходимо будет соответственно изменить имена каталогов.

Затем, перейдите в каталог arch/conf и скопируйте файл конфигурации GENERIC в файл с выбранным вами именем. Например:

По традиции имя состоит из букв в верхнем регистре, и если вы поддерживаете несколько компьютеров FreeBSD на различном оборудовании, хорошая идея добавлять это имя к имени хоста. Мы назвали ядро MYKERNEL в этом примере.

Теперь отредактируйте файл MYKERNEL в своём любимом текстовом редакторе. Если вы только начинаете, единственным доступным редактором скорее всего будет vi, который слишком сложен для того, чтобы описать его здесь, но в библиографии перечислено множество книг, в которых его использование хорошо освещено. Однако FreeBSD предоставляет более простой редактор ee, который, если вы - новичок, подойдёт вам больше всего. Не стесняйтесь изменять строки комментариев в начале файла, с тем, чтобы отобразить вашу конфигурацию или изменения, которые вы сделали по сравнению с GENERIC.

Если вам приходилось собирать ядро для SunOS™ или какой-либо другой операционной системы типа BSD, многое из того, что содержится в этом файле будет очень знакомо вам. Если же вы, напротив, использовали другую операционную систему, такую как DOS, файл конфигурации GENERIC может показаться вам крайне сложным, поэтому следуйте инструкциям в разделе Конфигурационный файл медленно и внимательно.

Теперь вы должны скомпилировать ядро.

Новое ядро будет скопировано в каталог /boot/kernel как /boot/kernel/kernel, а старое ядро будет перемещено в /boot/kernel.old/kernel. Теперь перезагрузите систему для того, чтобы использовать новое ядро. Если что-то пойдёт не так, вы можете обратиться к разделу Решение проблем в конце этой главы, который может оказаться полезен. Не забудьте прочитать раздел, который объясняет как исправить ситуацию, когда ядро не загружается.

Формат конфигурационного файла достаточно прост. Каждая строка представляет собой ключевое слово и один или более аргументов. Для простоты большинство строк содержат только один аргумент. Всё, что следует за символом # является комментарием и игнорируется. Следующие разделы описывают каждый параметр, в порядке, в котором они появляются в GENERIC. За полным списком архитектурно-зависимых параметров и устройств обратитесь к файлу NOTES в том же каталоге, что и GENERIC. Архитектурно независимые параметры находятся в /usr/src/sys/conf/NOTES.

Директива include стала доступной для использования в конфигурационных файлах. Она позволяет включать в текущий конфигурационный файл содержимое другого файла, тем самым упрощая процесс внесения небольших изменений в существующий файл. Например, если вам необходимо добавить всего несколько дополнительных опций или драйверов в ядро GENERIC, то вам придется поддерживать только разницу к файлу GENERIC:

Большинство администраторов оценят значительные преимущества перед старым способом - написанием конфигурационного файла "с нуля": ваш конфигурационный файл будет отображать только изменения относительно GENERIC. А после обновлений исходного кода, новые функциональные возможности, появившиеся в GENERIC, будут добавлены и в вашу конфигурацию, если только не препятствовать этому директивами nooptions или nodevice. Далее в этом разделе описывается типовой конфигурационный файл, его опции и устройства, а также их роли.

Это пример конфигурационного файла ядра GENERIC с различными дополнительными комментариями, которые могут понадобиться для ясности. Этот пример должен совпадать с вашей копией в /usr/src/sys/i386/conf/GENERIC практически полностью.

Это архитектура машины. Она должна быть одной из следующих: amd64, i386, ia64, pc98, powerpc, или sparc64.

Эта опция указывает тип процессора, который используется в вашей системе. В конфигурационном файле может быть несколько вхождений этой опции (например, если вы не уверены, какой из типов процессора необходимо использовать - I586_CPU или I686_CPU), но для собственного ядра лучше указывать только тот тип процессора, который установлен в вашей системе. Если вы не уверены, какой тип необходимо использовать вам, вы можете воспользоваться файлом /var/run/dmesg.boot, чтобы увидеть протокол загрузки системы.

Этот параметр определяет "метку" ядра. Необходимо, чтобы она соответствовала названию файла конфигурации ядра, например MYKERNEL, если вы следовали инструкциям в предыдущих примерах. Значение, которое вы присвоите параметру ident будет выводиться в процессе загрузки, поэтому полезно давать новым ядрам другие имена для того, чтобы отличать их от обычного ядра (например, если вы хотите собрать экспериментальное ядро).

device.hints(5) используются для настройки параметров драйверов устройств. Путь по умолчанию, который loader(8) будет проверять при загрузке - /boot/device.hints. Используя опцию hints вы можете вкомпилировать эти параметры статически в ваше ядро. В этом случае не требуется создавать файл device.hints в каталоге /boot.

При обычном построении ядра в сборку включается отладочная информация: опция -g передается компилятору gcc(1).

Планировщик по умолчанию во FreeBSD. Оставьте эту опцию.

Позволяет высокоприоритетным нитям ядра вытеснять конкурентов, находящихся в режиме выполнения. Эта опция может помочь повысить реактивность системы по отношению к внешним воздействиям, например, за счет снижения латентности нитей, обрабатывающих прерывания.

Поддержка сетевых возможностей. Оставьте эту опцию включенной, даже если вы не планируете подключаться к сети. Большинство программ требуют, чтобы работал хотя бы интерфейс обратной связи (loopback) (т.е. создание сетевых соединений внутри вашего ПК), так что эта опция в принципе является обязательной.

Включает поддержку коммуникационных протоколов IPv6.

Включает поддержку основной файловой системы. Не удаляйте эту опцию, если вы планируете загружаться с жесткого диска.

Этот параметр включает в ядре технологию Soft Updates, которая повышает скорость записи на диски. Несмотря на то, что эта технология включена в ядре, она должна быть включена для отдельных дисков. Просмотрите вывод команды mount(8) чтобы определить, включены ли Soft Updates для дисков вашей системы. Если вы не увидите параметр soft-updates, вам будет необходимо активировать его при помощи команды tunefs(8) (для существующих файловых систем) или команды newfs(8) (для новых файловых систем).

Этот параметр включает в ядре поддержку списков управления доступом (ACL). Основывается на использовании расширенных атрибутов и UFS2, детальное описание вы сможете найти в Списки контроля доступа файловой системы (ACL). ACL включены по умолчанию и не должны выключаться в случае, если они ранее использовались на файловой системе, так как это удалит списки управления доступом и изменит то, как защищены файлы, непредсказуемым образом.

Эта опция включает функциональность, которая повышает скорость дисковых операций на больших каталогах в обмен на использование дополнительной памяти. Для большого сервера или рабочей станции рекомендуется оставить ее включенной, и выключить для системы, для которой более приоритетна память, чем скорость доступа к дискам, например для брандмауэра.

Этот параметр включает поддержку использования дисков в памяти для корневой файловой системы.

Сетевая файловая система. Если вы не планируете монтировать разделы с файлового сервера UNIX® через TCP/IP, вы можете исключить этот параметр из конфигурационного файла ядра.

Файловая система MS-DOS®. Если вы не собираетесь монтировать форматированный в DOS раздел жесткого диска в момент загрузки, вы можете безопасно закомментировать этот параметр. Необходимый модуль будет автоматически загружен, когда вы в первый раз смонтируете раздел DOS, так, как это описано ниже. Кроме того, замечательный пакет emulators/mtools позволяет получить доступ к DOS дискетам без необходимости монтировать и размонтировать их (и не требует наличия MSDOSFS).

Файловая система ISO 9660 для компакт-дисков. Если у вас нет привода CDROM или вы будете лишь изредка монтировать компакт-диски с данными, закомментируйте эту строку, так как необходимый модуль будет загружен автоматически при первом монтировании компакт-диска с данными. Для использования звуковых компакт-дисков эта файловая система не потребуется.

Файловая система процессов. Это "виртуальная" файловая система монтируемая в /proc, которая позволяет таким приложениям, как ps(1) выдавать вам больше информации о запущенных процессах. Использование PROCFS не требуется, так как большинство мониторинговых и отладочных инструментов было адаптировано для работы без PROCFS: система по умолчанию не монтирует файловую систему процессов.

Ядра, которые используют PROCFS, должны также включать поддержку PSEUDOFS,

Добавляет поддержку Таблиц Разделов GUID. Этот параметр делает возможным наличие большого количества разделов на одном диске, до 128 в стандартной конфигурации.

Совместимость с 4.3BSD. Не выключайте эту опцию; некоторые приложения будут вести себя странно, если этой опции не будет в ядре.

Эта опция требуется для поддержки приложений, собранных на более старых версиях FreeBSD, которые используют старые интерфейсы вызовов. Рекомендуется использовать данную опцию на всех системах на платформах i386™, на которых могут запускаться старые приложения; платформы, поддержка которых появилась только в FreeBSD 5.X, например ia64 и sparc64, не требуют этой опции.

Эта опция необходима для поддержки приложений, скомпилированных на FreeBSD 5.X и использующих интерфейс системных вызовов FreeBSD 5.X.

Эта опция требуется для поддержки приложений, собранных на FreeBSD версий 6.X, которые используют интерфейсы системных вызовов FreeBSD 6.X.

Эта опция требуется на системах FreeBSD версий 8 и более поздних для поддержки приложений, собранных для FreeBSD 7.X и использующих интерфейсы системных вызовов FreeBSD 7.X.

Этот параметр заставляет ядро приостановиться на 5 секунд перед тем, как идентифицировать каждое устройство SCSI в вашей системе. Если у вас установлены только жесткие диски IDE, вы можете игнорировать эту опцию, в противном случае, возможно, вы захотите уменьшить это число, для того чтобы ускорить загрузку. Естественно, если вы сделаете это, а у FreeBSD появятся проблемы с распознанием ваших устройств SCSI, необходимо будет увеличить этот параметр.

Включает поддержку трассировки процессов, что удобно при отладке.

Этот параметр предоставляет поддержку разделяемой памяти System V. Наиболее распространенное применение этого - расширение XSHM в X, которое многие приложения, интенсивно работающие с графикой, будут автоматически использовать для повышения скорости работы. Если вы используете X, эта опция будет необходима.

Поддержка сообщений System V. Этот параметр добавляет в ядро всего лишь несколько сотен байт.

Поддержка семафоров System V. Не настолько часто используемая возможность, но в ядро добавляет всего несколько сотен байт.

Расширения реального времени, добавленные 1993 POSIX®. Определенные приложения из коллекции используют их, например StarOffice™.

Этот параметр разрешает формирование файлов устройств в /dev для клавиатур.

Giant - имя механизма защиты ("спящего" мьютекса) для крупных наборов ресурсов ядра. На нынешний момент Giant представляется фактически непригодным для использования в связи с серьезными потерями в производительности, и активно заменяется на механизмы, защищающие отдельные ресурсы ядра. Параметр ADAPTIVE_GIANT включает Giant в число адаптивных мьютексов: в случае, когда нить ядра нуждается в Giant, а он уже захвачен нитью, выполняющейся на другом процессоре, первая нить будет продолжать выполнение и ждать освобождения Giant. В норме нить должна была бы уснуть, пока не настанет очередной момент ее выполнения. Если вы не уверены, оставьте этот параметр в покое.

Устройство apic разрешает использование набора I/O APIC для распределения прерываний. Оно может быть использовано как с однопроцессорными, так и с многопроцессорными ядрами (для последних наличие apic является обязательным). Для поддержки многопроцессорности добавьте строку options SMP.

Включите эту опцию если у вас материнская плата EISA. Это включает автоопределение и конфигурирование поддержки всех устройств на шине EISA.

Включите этот параметр, если у вас материнская плата с поддержкой PCI. Это включит автоопределение карт PCI и проксирование из шины PCI в шину ISA.

Контроллер флоппи-диска.

Этот драйвер поддерживает все устройства ATA и ATAPI. Вам необходима только одна строка device ata в ядре для того, чтобы обнаружить все PCI устройства ATA/ATAPI в современных машинах.

Эта строка необходима вместе с device ata для поддержки дисков ATA.

Эта строка необходима вместе с device ata для поддержки дисков ATA RAID.

Поддержка приводов ATAPI CDROM. Используется вместе с device ata.

Поддержка флоппи-приводов ATAPI. Используется вместе с device ata.

Поддержка ленточных приводов ATAPI (стримеров). Используется вместе с device ata.

Заставляет драйвер нумеровать устройства статически; в противном случае происходит динамическая нумерация.

Контроллеры SCSI. Закомментируйте те, которых у вас в системе нет. Если у вас в системе исключительно IDE устройства, вы можете удалить все эти строки. Строки вида *_REG_PRETTY_PRINT включают режим отладки для соответствующих драйверов.

Периферийные устройства SCSI. Опять-таки, закомментируйте те, которых у вас в системе нет, или, если у вас в наличии исключительно IDE, можете удалить все.

Поддерживаемые RAID-контроллеры. Если у вас нет таковых, можете их закомментировать или удалить эти строки.

Контроллер клавиатуры (atkbdc) предоставляет средства ввода/вывода для клавиатуры AT и PS/2 устройств. Этот контроллер необходим драйверу клавиатуры (atkbd) и PS/2 устройств (psm).

Драйвер atkbd вместе с контроллером atkbdc предоставляет доступ к клавиатуре AT 84 или улучшенной клавиатуре AT, которая подключена к контроллеру AT клавиатуры.

Используйте это устройство, если ваша мышь включается в порт PS/2.

Поддержка мультиплексора клавиатур. Если использование двух и более клавиатур не планируется, можете смело исключать этот параметр.

Драйвер видеокарты.

Заставка при загрузке. Хранители экрана также требуют этого устройства.

sc - это драйвер консоли по умолчанию, который имитирует консоль SCO. Так как большая часть консольных полноэкранных приложений обращаются к консоли через терминальную библиотеку termcap, вас не должно волновать, будете ли вы использовать этот драйвер, либо драйвер vt, который является VT220-совместимым драйвером консоли. Если у вас возникнут какие-либо проблемы с приложениями, работающими с этим драйвером консоли, установите переменную окружения TERM в значение scoansi.

VT220-совместимый драйвер консоли, обратно совместимый с VT100/102. Он работает лучше на некоторых лэптопах, у которых возникают проблемы несовместимости с sc. Также, установите переменную окружения TERM в значение vt100 или vt220. Этот драйвер также может быть полезен в случаях подключения к большому количеству различных машин через сеть, на которых параметры для устройства sc для termcap или terminfo могут отсутствовать - vt100 присутствует практически на любой платформе.

Включите эту опцию, если у вас есть AGP карта в системе. Это включит поддержку AGP и AGP GART для тех карт, которые поддерживают эту возможность.

Поддержка Advanced Power Management. Чаще всего используется в лэптопах, хотя и отключена по умолчанию.

Устройство таймера для управления энергопотреблением, APM и ACPI.

Поддержка PCMCIA. Включите ее, если вы используете лэптоп.

Четыре последовательных порта, которые известны как COM порты в мире MS-DOS®/Windows®

Интерфейс параллельного порта на шине ISA.

Поддержка шины параллельного порта.

Поддержка принтеров на параллельном порту.

Драйвер TCP/IP через параллельный порт.

Поддержка ввода/вывода общего назначения ("geek port") + IEEE1284 ввода/вывода.

Драйвер привода Iomega Zip. Требует наличия scbus и da. Наилучшая производительность достигается с портами в режиме EPP 1.9.

Раскомментируйте это устройство, если у вас есть "простая" последовательная или параллельная PCI карта, поддерживаемая драйвером puc(4).

Драйвера сетевых карт PCI. Закомментируйте или удалите драйвера тех карт, которые отсутствуют в вашей системе.

Поддержка шины MII требуется для некоторых PCI 10/100 Ethernet карт, которые используют MII-совместимые передатчики или реализуют интерфейс управления передатчиком, который имитирует MII. Добавление device miibus в конфигурационный файл ядра включает поддержку стандартного API miibus и всех драйверов PHY, включая стандартный для тех PHY, которые не обрабатываются специфическим образом конкретным драйвером.

Драйвера, которые используют контроллер шины MII.

Драйвера сетевых карт ISA. Ознакомьтесь с файлом /usr/src/sys/i386/conf/NOTES, чтобы узнать, какие сетевые карты каким драйвером поддерживаются.

Generic 802.11 support. This line is required for wireless networking.

Crypto support for 802.11 devices. These lines are needed if you intend to use encryption and 802.11i security protocols.

Поддержка различных беспроводных карт.

Стандартное устройство обратной связи для TCP/IP. Если вы запускаете telnet или FTP по отношению localhost (он же 127.0.0.1), то соединение пройдёт через это устройство. Этот параметр обязателен.

Генератор случайных чисел для криптографической защиты.

ether необходим лишь в случае, если у вас есть сетевая карта. Он включает поддержку стандартного кода протокола Ethernet.

sl - это поддержка SLIP. SLIP был практически вытеснен PPP, который легче настраивается, лучше подходит для соединений модем-модем и имеет больше возможностей.

Поддержка PPP в ядре для соединений dial-up. Также существует версия PPP, реализованного как приложение, использующее tun, и предлагающее большую гибкость и большее количество возможностей, как, например, соединение при необходимости (наличии обращения к сети).

Используется пользовательским программным обеспечением PPP. Обратитесь к разделу PPP этой книги за дальнейшей информацией.

"псевдо-терминал" или имитированный порт для входа. Используется входящими telnet и rlogin-сессиями, приложением xterm и некоторыми другими приложениями, такими как Emacs.

Псевдо-устройства дисков в памяти.

Поддержка туннелирования IPv6 через IPv4, IPv4 через IPv6, IPv4 через IPv4 и IPv6 через IPv6. Устройство gif является "автоклонируемым", и будет срздавать файлы устройств по мере необходимости.

Это псевдо-устройство захватывает пакеты, которые были посланы ему и перенаправляет их даемону трансляции IPv4/IPv6.

Фильтр пакетов Berkeley. Это псевдо-устройство позволяет переводить сетевые интерфейсы в "неразборчивый" (promiscuous) режим, в котором перехватывается любой пакет в широковещательной сети (например ethernet). Эти пакеты могут быть сохранены на диск и/или исследованы при помощи tcpdump(1).

Поддержка различных USB устройств.

Поддержка различных устройств Firewire.

За дальнейшей информацией о дополнительных устройствах, поддерживаемых FreeBSD, обратитесь к файлу /usr/src/sys/i386/conf/NOTES.

Существует четыре категории проблем, которые могут возникнуть при сборке собственного ядра. Вот они: