LKN: Personalizzare un Kernel

Uno dei punti più delicati e difficili nella creazione della propria versione del kernel Linux è quello di determinare esattamente quali driver e quali opzioni di configurazione sono richiesti per il corretto funzionamento dalla macchina su cui viene installato. Questo capitolo guiderà il lettore attraverso questo processo di selezione e scelta dei driver corretti.

Usare un Kernel di una Distribuzione

Uno dei metodi più semplici, per determinare quali moduli siano necessari, è quello di partire dalla configurazione che viene installata dal pacchetto del kernel della distribuzione che si sta usando. È infatti molto più semplice determinare di quali driver si ha bisogno basandosi su quelli installati in un sistema in funzione, in cui i driver corretti sono già associati all'hardware in utilizzo.

Se invece si sta personalizzando un kernel per una macchina sulla quale non è installata una distribuzione Linux, allora conviene partire dalla versione LiveCD di una distribuzione. Questo consente all'utente di far partire Linux sulla macchina in oggetto e di determinare in maniera semplice le opzioni di configurazione del kernel e che consentono il funzionamento ottimale della macchina stessa.

Dove si Trova la Configurazione del Kernel?

Quasi tutte le distribuzioni prevedono i files di configurazione del kernel quale parte del pacchetto del kernel. Si consiglia di leggere la documentazione relativa alla Distribuzione stessa per sapere dove sono installati i files di configurazione. Solitamente si trova in una subdirectory attaccata a /usr/src/linux/.

Se avete difficoltà a trovare la configurazione del kernel, allora guardate nel kernel stesso. Molte distribuzioni implementano i files di configurazione nel kernel stesso, che è incluso nella directory /proc. Potete verificare se state usando una di queste distribuzioni digitando in command-line il seguente comando:

$ ls /proc/config.gz
/proc/config.gz

Se il file /proc/config.gz è presente, allora copiatelo nella directory del sorgente kernel ed estraetelo:

$ cp /proc/config.gz -/linux/
$ cd -/linux
$ gzip -dv config.gz
config.gz:      74.9% - - replaced with config

Copiate questo file di configurazione nella vostra directory del kernel e rinominatelo in .config. Ora potrete utilizzare questo file come base di partenza nella personalizzazione della configurazione del kernel così come descritto nel Capitolo 4.

Se si usa il file di configurazione in oggetto, allora quale buona norma, si dovrebbe anche sempre creare un'immagine del kernel operativo (funzionante) per la vostra macchina. Lo svantaggio derivante dall'utilizzo di questa immagine è il fatto che si dovrà configurare quasi ogni modulo del kernel e driver che si trova nel sorgente del kernel stesso. Infatti un kernel standard copre un gran numero di macchine e di hardware, questo ci consente di disattivare molti drivers ed opzioni che non vengono utilizzati nel nostro sistema. Si raccomanda comunque di disattivare solo quelle opzioni di cui siamo sicuri al 100% che non vengono utilizzate, ci possono essere infatti elementi del sistema che hanno necessitano di specifiche alla sola apparenza superflue.

Determinare quali Moduli Siano Necessari

Il tempo di compilazione del file di configurazione, implementato in una distribuzione, è molto lungo, datosi che tutti i diversi driver vengono inizializzati. Si dovrebbe cercare di inizializzare solo i driver per l'hardware presente nel sistema, così da ridurre i tempi di compilazione del kernel, inoltre la selezione di alcuni o di tutti i driver nel kernel, consente una riduzione di memoria utilizzata ed in alcune architetture un funzionamento del sistema più veloce. Per escludere i driver dal kernel è necessario però determinare quali moduli sono indispensabili per il funzionamento dell'hardware installato. Attraverso l'utilizzo di due esempi, cercheremo di spiegare come determinare quali driver siano indispensabili al controllo dell'hardware.

Le informazioni che mettono in relazione i dispositivi ai driver presenti nel kernel sono conservate in vari spazi del sistema. Uno degli elementi più importanti dove sono salvate queste informazioni è il file di sistema sysfs. All'inizializzazione di Linux sysfs normalmente dovrebbe essere caricato nella directory /sys. sysfs consente di dare un'occhiata a come le varie parti del kernel sono legate l'un l'altra, questo lo si deduce grazie ai vari symlink che puntano all'interno dell'intero file di sistema.

In tutti gli esempi di seguito, saranno riportati listati reali di sysfs e saranno indicati tipi di hardware. La vostra macchina sarà certamente diversa, ma i luoghi relativi dove sono salvate le informazioni sono gli stessi. Non ci si deve allarmare se i nomi di file nel sysfs non sono i medesimi, rientra nelle aspettative.

Inoltre, la struttura interna del file di sistema sysfs cambia costantemente, questo dovuto sia alla riorganizzazione dei dispositivi sia alle revisioni del kernel tese a migliorare l'adattamento delle strutture interne del kernel allo spazio utilizzato. A causa di questo, col tempo, alcuni dei symlink, precedentemente menzionati in questo capitolo, possono non essere presenti. Tuttavia, le informazioni sono ancora tutte presenti, al massimo sono state spostate di qualche riga.

Esempio: Come Determinare il Driver di Rete

Uno degli elementi più comuni ed importanti in un sistema è la carta-interfaccia di rete. È essenziale capire quale driver la controlla ed attivarlo nella configurazione in maniera da consentire un corretto funzionamento delle connessioni di rete.

Primo: partendo dalle connessioni di rete si risale ai device PCI

$ ls /sys/class/net/
eth0  eth1  eth2  lo

La directory lo rappresenta il dispositivo di rete loopback, e non è dipendente da nessun dispositivo di rete realmente installato. Invece si dovrebbe riservare particolare attenzione alle directory eth0, eth1 e eth2, datosi che si riferiscono a dispositivi realmente esistenti

Per determinare approfonditamente di quali dispositivi ci si deve occupare, si utilizza il comando ifconfig:

$ /sbin/ifconfig -a
eth0	Link  encap:Ethernet  HWaddr 00:12:3F:65:7D:C2
	inet  addr:192.168.0.13  Bcast:192.168.0.255  Mask:255.255.255.0
	UP BROADCAST NOTRAILERS RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
	RX packets:2720792 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
	TX packets:1815488 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
	collisions:0 txqueuelen:100
	RX bytes:3103826486 (2960.0 Mb)	TX bytes:371424066 (354.2 Mb)
	Base address:0xdcc0 Memory:dfee0000-dff00000
eth1	Link  encap:UNSPEC  HWaddr 80-65-00-12-7D-C2-3F-00-00-00-00-00-00-00-00
	BROADCAST MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
	RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
	TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
	collisions:0 txqueuelen:1000
	RX bytes:0 (0.0 b)	TX bytes:0 (0.0 b)
eth2	Link  encap:UNSPEC  HWaddr 00-02-3C-04-11-09-D2-BA-00-00-00-00-00-00-00
	BROADCAST MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
	RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
	TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
	collisions:0 txqueuelen:1000
	RX bytes:0 (0.0 b)	TX bytes:0 (0.0 b)
lo	Link  encap:Local Lookback
        inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
	UP  LOOPBACK  RUNNING  MTU:16436  Metric:1
	RX packets:60 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
	TX packets:60 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
	collisions:0 txqueuelen:1000
	RX bytes:13409 (13.0 Kb)	TX bytes:13409 (13.0 Kb)

Da questo listato si può riconoscere nel dispositivo di rete eth0, quello attivo e funzionante, infatti nelle righe;

eth0	Link  encap:Ethernet  HWaddr 00:12:3F:65:7D:C2
	inet  addr:192.168.0.13  Bcast:192.168.0.255  Mask:255.255.255.0

Questo risultato dimostra che il dispositivo Ethernet si vede assegnato un indirizzo IP valido (inet).

Ora, dopo che abbiamo individuato il dispositivo eth0 e ci siamo accertati di volerlo implementare nel nostro nuovo kernel, dobbiamo individuare quale driver lo controlla. Ciò si realizza con una semplice procedura, che è quella si seguire i link nel file di sistema sysfs, basta digitare un comando di una sola riga:

$ basename `readlink /sys/class/net/eth0/device/driver/module`
e1000

Il risultato mostra che il modulo e1000 controlla il dispositivo di rete eth0. Il comando basename racchiude in un'unica linea di comando i seguenti passaggi:

1. Individua il symlink /sys/class/net/eth0/device contenuto all'interno della directory /sys/device/, la quale contiene le informazioni relative al dispositivo che controlla eth0. Fate attenzione al fatto che nelle nuove versioni del kernel la directory /sys/class/net/eth0 potrebbe essere un symlink.

2. All'interno della directory che descrive il dispositivo in sysfs, c'è un symlink che punta al driver relativo a questo dispositivo. Questo symlink è nominato driver, pertanto si segue questo collegamento.

3. All'interno della directory che descrive il driver in sysfs, c'è un symlink che punta al modulo che si trova all'interno del driver in oggetto. Questo symlink è chiamato module. Noi cerchiamo l'oggetto a cui punta questo symlink, per ottenerlo ci serviamo del comando readlink, il quale produce un risultato simile a questo:

$ readlink /sys/class/net/eth0/device/driver/module
../../../../module/e1000

4. Datosi che a noi interessa solo il nome del modulo e ci disinteressiamo del resto del risultato ottenuto con il comando readlink, tenendo solo la parte più a destra del risultato. Questo è appunto ciò che il comando basename realizza. Esercitandolo direttamente sull'intero percorso, questo comando ci ritorna quanto segue:

$ basename ../../../../module/e1000
e1000

Così abbiamo inserito il lungo risultato del symlink, ottenuto da readlink, quale parametro nel programma basemane, permettendo così l'intero processo di essere realizzato in una sola riga. Ora che abbiamo identificato il nome del modulo, si dovrebbe trovare l'opzione della configurazione del kernel che lo controlla. Si può cercare nei vari menu di configurazione dei dispositivi di rete oppure cercare nel codice sorgente del kernel stesso per essere sicuri di avere l'opzione giusta.

$ cd ~/linux/linux-2.6.17.8
$ find -type f -name Makefile | args grep e1000
./drivers/net/Makefile:obj-$(CONFIG_E1000) += e1000/
./drivers/net/e1000/Makefile:obj-$(CONFIG_E1000) += e1000.o
./drivers/net/e1000/Makefile:e1000-objs := e1000_main.o e1000_hw.o e1000_ethtool.o e1000_param.o

Si precisa che "e1000, usato in questo esempio, deve essere sostituito con il nome del modulo che state analizzando.

La cosa che più ci interessa nel risultato del comando find che abbiamo appena eseguito è l'identificazione di ogni singola linea dove compaia il termine CONFIG_. Questa è l'opzione di configurazione che il kernel deve aver attivato per poter caricare il modulo. Nell'esempio precedente l'opzione di configurazione che c'interessa è pertanto CONFIG_E1000.

Adesso si dispone dell'informazione necessaria per poter configurare il kernel. Si esegue lo strumento menu di configurazione:

$ make menuconfig

Dopodiché si prema il tasto / (slash) (che ha il compito di far partire una ricerca), e si digita l'opzione di configurazione, senza la parte di testo CONFIG_. Questo processo è mostrato nella figura 7-1.

Figura 7-1. Ricerca in menuconfig

Il sistema di configurazione del kernel vi dirà ora esattamente dove selezionare l'opzione per abilitare questo modulo. Vedi figura 7-2.

Figura 7-2. Risultato della ricerca in menuconfig

La prima parte della schermata evidenzia quello che stavate cercando. Le informazioni mostrate dalla schermata vi dicono che per attivare il modulo E1000 nel kernel, e che la seguente opzione di configurazione deve essere abilitata:

Device Drivers

: Network device support

: : [*] Network device support

: : : Ethernet (1000 Mbit)

: : : [*] Intel(R) PRO/1000 Gigabit Ethernet support

Queste procedure funzionano per ogni tipo di dispositivo attivo nel kernel.

Esempio: Un Dispositivo USB

Come secondo esempio, esaminiamo ora un convertitore USB-seriale che è presente nel nostro sistema preso ad esempio. Attualmente il convertitore è collegato alla porta /dev/ttyUSB0, pertanto si deve prendere in esame la sezione tty del sysfs.

$ ls /sys/class/tty/ | grep USB
ttyUSB0

Potete ora eseguire una ricerca di questo dispositivo nel sysfs allo scopo di trovare il modulo che lo gestisce, utilizzando la stessa procedura mostrata nella sezione precedente:

$ basename `readlink /sys/class/tty/ttyUSB0/device/driver/module`
pl2303

Dopodiché, per poter individuare l'opzione di configurazione che si deve abilitare, si cerca nell'albero del codice sorgente del kernel:

$ cd ~/linux/linux-2.6.17.8
$ find -type f -name Makefile | xargs grep pl2303
./drivers/usb/serial/Makefile:obj-$(CONFIG_USB_SERIAL_PL2303) += pl2303.o

Si utilizzi lo strumento di configurazione del kernel, come indicato in figura 7-3, per trovare l'opzione adeguata da abilitare relativa al settaggio dell'opzione CONFIG_USB_SERIAL_PL2303.

Figura 7-3. Ricerca per USB_SERIAL_PL2303

Nel nostro caso il risultato è mostrato nella figura 7-4.

Figura 7-4. Risultato della ricerca di USB_SERIAL_PL2303

Ciò mostra esattamente dove trovare l'opzione USB Profilic 2303 Single Port Serial Driver che è necessaria alla corretta gestione di questo dispositivo.

Riassunto: Alla scoperta del dispositivo

Riassumendo, ecco i vari passaggi che servono per identificare il driver funzionante di un dispositivo ad esso collegato:

1. Trovate la corretta classe sysfs del dispositivo a cui è collegato. I dispositivi di rete sono elencati in /sys/class/net, mentre i dispositivi tty sono elencati in /sys/class/tty. Gli altri vari dispositivi si possono trovare nelle altre sub-directory di /sys/class.

2. Ricercate nell'albero di sysfs il nome del modulo che controlla il dispositivo in oggetto. Lo si trova in /sys/class/class_name/device_name/device/driver/module, la ricerca è agevolata se si utilizzano i comandi readlink e basename.

$ basename `readlink /sys/class/class_name/device_name/device/driver/module`

3. Ricercate nei file Makefile le definizioni di CONFIG_ che costituiscono i nomi del modulo, usando i comandi find e grep.

$ find -type f -name Makefile | xargs grep ''module_name''

4. Ricercate i valori di configurazione nel sistema di configurazione del kernel, dopodiché andate dove indicato dal menu per attivare il driver in oggetto.

Lasciate che il Kernel ci Dica di Cui Abbiamo Bisogno

Dopo che ci siamo infilati attraverso tutti i punti riguardanti gli sysfs e seguendo i symlinks ai nomi del modulo, ora riportiamo uno script molto semplice che farà tutto quel lavoro, in un modo differente:

#!/bin/bash
#
# find_all_modules.sh
#
for i in `find /sys/ -name modalias -exec cat {} \;`; do
    /sbin/modprobe --config /dev/null --show-depends $1 ;
done | rev | cut -f i -d '/' | rev | sort -u

Si può scaricare un file d'esempio, contenente questo script, dal web site del libro, riportato nella sezione Come contattarci che si trova nella prefazione.

Questo script cerca nel sysfs tutti file chiamati modalias. Il file modalias contiene gli alias dei moduli e comunica al comando modprobe quali moduli sono abbinati, e pertanto attivati, ai vari dispositivi. L'alias del modulo è composto da una combinazione di: produttore del dispositivo, ID, tipo di classe ed altri identificativi univoci per il tipo di dispositivo in questione. Tutti i moduli del driver del kernel hanno una lista interna dei dispositivi che supportano, che è generata automaticamente dalla lista dei dispositivi che il driver comunica al kernel di poter supportare. Il modprobe ricerca tutti i driver nella lista dei dispositivi e cerca di trovare i riscontri con gli alias che questa lista ha. Se ha un riscontro, allora provvede al caricamento del modulo (questa procedura è come la funzionalità di caricamento automatico dei driver lavora in Linux).

Lo script prevede l'arresto del programma modprobe prima di caricare il modulo, e riporta in display solo le azioni che eseguirebbe. Questo ci da una lista di tutti i moduli che sono utilizzati nel controllo di tutti i dispositivi del sistema. Eseguendo una piccola pulizia della lista, ordinandola e sistemando i campi adeguati, ci da un risultato come questo:

$ find_all_modules.sh
8139cp.ko
8139too.koo
ehci-hcd.ko
fimware_vlass.ko
i2c-i801.ko
ieee80211.ko
ieee80211_crypt.ko
ipw2200.ko
mii.ko
mmc_core.ko
pcmcia_core.ko
rsrc_nonstatic.ko
sdhci.ko
snd-hda-codec.ko
snd-hda-intel.ko
snd-page-alloc.ko
snd-pmc.ko
snd-timer.ko
snd.ko
soundcore.ko
uhci-hcd.ko
usbcore.ko
yenta_socket.ko

Questa è la lista di tutti i moduli che sono necessari alla gestione dell'hardware della macchina.

Lo scritto potrà egualmente ritornare alcuni messaggi di errore che possono essere del tipo:

FATAL: Module pci:v00008086d00002592sv000010CFsd000012E0bc03sc00i00 not found.
FATAL: Module serio:ty01pr00id00ex00 not found.

Questo ci dice che non si trova un modulo che gestisce il dispositivo. Questo non deve comunque interessare più di tanto, poiché alcuni dispositivi non hanno driver nel kernel che lavorino per loro.