驅動硬體設備，支援軟體功能
Linux核心與核心模組管理實務

開機載入Linux核心

Linux開機的時候，通常經由Boot Loader（GRUB或LILO）載入Linux kernel，Linux kernel通常是位於「/boot/」目錄內名為vmlinuz開頭的檔案。

在載入核心之後，「最基本的、每台主機都用到的硬體與軟體功能」就一體成形地由核心來驅動提供這些功能。至於其他「選用的、每台主機不一定用到的功能」，則交給核心模組，視需要的時候才做載入的動作。

下圖為核心載入時候的訊息，開機完成後記錄在「/var/log/dmesg」檔案內以供查閱。

核心載入之後，即支援的功能

先前提到「最基本的、每台主機都用到的功能」由核心本身來驅動，對於一台標準PC、載入一個很普通的核心來說，不外乎以下幾項功能：

●驅動CPU運算（包括支援多核心CPU）
●記憶體管理
●行程（Process）管理
●提供行程呼叫system calls達到基本I/O功能
●IDE介面驅動以及抓到這個介面上的設備，例如硬碟與光碟機 ●支援ext2檔案系統（這樣才有檔案系統樹狀目錄架構，接續使用檔案系統內的其他程式）
●基本I/O埠（例如PS/2鍵盤）
●驅動PCI/AGP/PCI-E介面並發現其上的設備，例如驅動顯示卡最基本的文字模式功能
●Sockets功能與TCP/IP網路等等。

可載入的核心模組

為了保持執行效率以及避免核心提供過多不必要的功能，導致核心變得肥大，其餘「選用的、每台主機不一定用到的功能」在編譯Linux核心的時候，通常選擇將此功能做成Loadable Kernel Module（可載入的核心模組）。觀察已經載入哪些模組，則是使用指令「lsmod」，如下圖。

許多的硬體介面卡和晶片組都採用模組的方式來載入，而不編譯進Linux核心內，畢竟不是每台主機都有提供那些硬體設備。

至於軟體功能，也是類似硬體的處理方式，如果此功能不見得一定要包含在核心內，或是不一定每台主機都用得到，就把這個軟體功能做成核心模組，等到要使用的時候再載入即可。

硬體的模組包括各類型的介面卡與晶片組，例如網路卡、顯示卡、音效卡、SATA晶片、USB、1394、印表埠、SCSI或SAS（序列SCSI）或RAID介面卡（或是晶片）等等。

而軟體的模組，涵蓋支持各類型的檔案系統（ext3、nfs、vfat等等）、IPv4/IPv6進階功能與防火牆相關的功能模組、軟體模擬的RAID（Software RAID）與LVM（使用device-mapper功能）等等。接下來，就以網路卡模組pcnet32為例，介紹兩、三個常用模組以及與核心模組有關的指令。

與核心模組相關的六個指令

與核心模組相關的主要指令共有以下六項，只要稍加注意不難發現，這六個指令都有「mod」這個關鍵字，也就是模組的英文「module」。

●列出（list）已經載入模組的「lsmod」
●觀察模組資訊（information）的「modinfo」
●用來卸除（remove）已經載入模組的「rmmod」
●用來載入（insert）模組的「insmod」
●提供自動探測（probe）相依性（dependence）來載入或卸除模組的「modprobe」
●做出模組相依的資料檔案「modules.dep」的「depmod」

使用指令「lsmod」觀察已經載入的核心模組

首先介紹「lsmod」指令，該指令可用來列出（list）已經載入的核心模組，依照第一行欄位標示，某個模組可能會被其他模組使用，也就是模組之間可能有相依性（dependence）關係。

舉例來說，筆者的測試主機在軟體方面有ext3需要基層jbd模組；硬體的部分則是網路卡驅動程式pcnet32需要基礎mii模組（如下圖精簡後的內容）。

在Red Hat Linux中可使用指令「grep eth /etc/modprobe.conf」查出這台主機所使用的網路卡核心模組名稱。以筆者的測試機為例，網路卡eth0使用的是pcnet32模組。這個modprobe.conf檔案記載著開機期間該載入哪些核心模組。

觀察模組資訊的「modinfo」指令

這麼多的模組名稱該如何得知各個模組的用途呢？此時，可以利用「modinfo」指令來觀察模組資訊（information）。以pcnet32模組為例，執行「modinfo pcnet32」指令後，在輸出內容中就會顯示許多資料，先觀察「描述」（description）得知這是網路卡的驅動程式（Driver）。

除此之外，由圖中「檔名」（filename）那一行可以得知，pcnet32模組檔實際位於「/lib/modules/2.6.18-53.el5/kernel/drivers/net/pcnet32.ko」，這個「net/」目錄也存放其他廠牌型號的網路卡驅動程式。

下圖是列出此目錄的檔案列表，有此看來，Linux本身就支援相當多種類的網路卡，若以最平價也是最知名的「螃蟹卡」為例（由8139too模組來驅動），使用「modinfo 8139too」指令即可觀察到其中的詳細資訊。

用來卸除（remove）已經載入模組的「rmmod」指令

使用指令rmmod可以卸載模組，想要將pcnet32模組卸載，可以使用「rmmod pcnet32」指令，但請注意，卸載後網路就會中斷。

用來載入（insert）模組的「insmod」指令

若想要將剛剛卸載的pcnet32模組載入回去，則使用「insmod /lib/modules/2.6.18-53.el5/kernel/drivers/net/pcnet32.ko」指令。請注意，模組檔案須使用完整的檔案名稱，不能只輸入pcnet32。

使用rmmod與insmod可能出現的相依性問題

承接先前rmmod與insmod範例，若想要先卸除底層mii模組，則會出現「ERROR: Module mii is in use by pcnet32」錯誤訊息，因為mii模組被pcnet32使用（相依），須先卸除pcnet32，才能夠卸除基礎的mii模組。

相反地，當載入這兩個模組的時候，若尚未載入基礎的mii就先載入pcnet32，則會顯示一則「error inserting ...: -1 Unknown symbol in module」的錯誤訊息。此時，基礎的mii模組必須先載入，才可以成功載入pcnet32。（載入mii時，須先查出它放在哪裡，再用insmod指令載入）

自動探測（probe）相依性來載入或卸除模組的「modprobe」指令

先前介紹的模組相依性（dependence），對於使用rmmod與insmod指令來操作時，實際上會造成一些阻礙與麻煩，想要避開這些麻煩的話，可使用「modprobe」指令來替代，尤其是載入模組時特別方便。

在下圖中，卸載模組使用「modprobe -r mii」、「modprobe -r pcnet32」指令，雖然沒有幫上大忙，但載入的時候使用「modprobe pcnet32」指令則會自動將相依的mii模組一起載入，而且不必輸入完整檔案路徑名稱，使用起來相當方便。

做出模組相依資料檔案「modules.dep」的「depmod」指令

先前提到modprobe指令會依照相依性載入相關模組，它是如何得知模組之間的相依性呢？以測試主機來說，modprobe指令是藉由讀取「/lib/modules/2.6.18-53.el5/modules.dep」檔案內容來判斷的。至於這個檔案則是使用「depmod -a」指令製作出來的。

所以若是模組數量有增減或相依性有異動，強烈建議再次執行「depmod -a」指令重新產出「modules.dep」檔案（請觀察檔案最後一次修改的時間來判斷此檔是否被更新）。這樣一來，不只modprobe指令可以用簡短的名稱載入或卸載模組（卸載模組時搭配「-r」選項），modinfo指令也可以用簡短的名稱查詢資訊，例如「modinfo pcnet32」。

若沒有modules.dep檔案，使用modinfo指令則必須像insmod一樣，輸入完整的模組檔案路徑名稱才行，例如「modinfo /lib/modules/2.6.18-53.el5/kernel/drivers/net/pcnet32.ko」。

關於「/lib/modules/」目錄

先前提到的核心模組，實際存放的位置在「/lib/modules/」目錄下，這裡要注意的是，它以核心版本號碼區分目錄存放；預設通常只會安裝一組核心與核心模組，所以也只有一個目錄名稱，以本例來說，就是「2.6.18-53.el5/」這個目錄名稱，這個目錄名稱會與核心版本號碼相同。可以使用「uname -r」指令觀察正在使用的核心版本號碼。

以RHEL5.1來說，執行「uname -r」指令後的輸出結果是「2.6.18-53.el5」，所以與這個版本的相關檔案則是放在「/lib/modules/2.6.18-53.el5/」目錄內，例如「mo dules.dep」相依性關聯檔、「kernel/drivers/」底下各種類型的硬體驅動程式等等。

可以利用「/lib/modules/`uname -r`」或「/lib/modules/$(uname -r)」指令來表達這個目錄名稱，其中``與$()都是先執行包覆的內容後將其輸出，再與整個指令一同執行的意思。

更新核心

一般來說，Linux主機如果運作得好好地，沒必要也不會去更新Linux核心。以下列舉一些可能更新核心的時機：

●新核心有新的功能（會使用到），且舊核心剛好沒有此功能。
●舊核心發生不安全或是不穩定的現象，希望藉由更新核心來改善。

簡單來說，也就是新的核心支援新的硬體設備（如新的網路卡）或是支援新的軟體功能的時候。

更新核心注意事項
更新核心的時候最好也保留舊的核心，原因說明如下：

●新的核心若無法開機，舊的核心又被移除的話，會陷入無法開機的困境。
●新的核心上線跑了一陣子，卻沒有比使用舊的核心來得好，還可以再換回來用舊的。

舉例來說，在RHEL5.1系統上更新成RHEL5.2的核心，可使用指令「rpm -ivh kernel-2.6.18-92.el5.i686.rpm」來安裝新的核心（同時保留舊的核心），避免使用「-U」（升級）或是「-F」（修正）的rpm指令選項，因為該指令會將舊的核心移除，請小心使用。

安裝好新的核心之後，順道觀察「/boot/」目錄，底下會有兩個vmlinuz開頭的Linux核心檔案，以及「/lib/modules/」內會有各自的目錄。

最後記得編輯「/boot/grub/menu.lst」檔案內有關default參數的那一行，如果是「default=0」，代表使用第一個title的核心開機（以下圖來說是新的核心開機）；若是「default=1」，則使用第二個title的核心開機。