1. PIT 2012: Workshop@UniNA
Compilazione del Kernel Linux
- light tips && tricks -
a cura di Marco Ferrigno
con il patrocinio del Preside della Facoltà di Ingegneria
dell'Università degli Studi di Napoli Federico II:
Prof. Piero Salatino
e con il sostegno del Prof. Antonio Pescapè
Comics Unina Research Group

2. root@host:/# intro
PROPEDEUTICITA':
Nozioni basilari sulle architetture di elaborazione,
Nozioni basilari sull'utilizzo dei sistemi operativi,
Curiosità e spirito di iniziativa.
COSA IMPAREREMO DA QUESTO TALK:
GNU/Linux Day 2011: a che punto eravamo rimasti?
Il kernel Linux in pratica;
Compilazione: un approccio top-down;
Bootloader manager && opzioni addizionali

3. GNU General Public License
Il sistema Linux è' libero, nel senso che si può' copiare, modificare e usare in
qualunque modo si desideri e si può far circolare senza alcuna limitazione
All'atto della distribuzione si deve rendere disponibile il codice sorgente e ciò vale per
ogni componente di un pacchetto di distribuzione che sia oggetto della GPL

4. Kernel: cos'è realmente?
E' il software il cui compito è quello di fornire ai processi in esecuzione sull'elaboratore
un accesso sicuro e controllato al hardware.
PRINCIPALI MANSIONI:
 Gestione della porzione tempo-macchina
 Gestione delle astrazioni
Nel nostro caso (quasi)
KERNEL MONOLITICI
(UNIX->*.BSD, LINUX )
INTEGRAZIONE DEL CODICE STRETTA

5. Kernel Linux: mappa

6. Kernel Linux: perchè compilare
Domanda: La mia distro ha già un kernel precompilato, perchè dovrei ricompilare?
Essenzialmente sono quattro i casi in cui la ricompilazione è necessaria
L'aggiornamento a versioni più recenti senza cambiare distribuzione;
L'inserimento di nuove funzionalità non contenute nel kernel precompilato;
L'implementazione di nuovi driver per una certa periferica;
Curiosità e spirito di iniziativa ^_^

7. Kernel Linux: versioni disponibili
Domanda: Dove procurarsi i sorgenti?
su https://www.kernel.org/
Caso d'esempio: Linux kernel 3.3.2 (Latest Stable Kernel; 13 aprile 2012)
https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/
Numerazione:
Nome file: linux-x.y.z
Major release: x
Ramo di sviluppo: y
Versioni per ramo di sviluppo: z

8. Kernel Linux: il formato compresso
SCOMPATTARE L'ARCHIVIO
consiglio: scompattare l'archivio nella cartella /usr/src
root@host:/# bunzip2 linux-3.3.2.tar.bz2
sostituisce il *.tar.bz2 con il suo equivalente non compresso *.tar
root@host:/# tar xvf linux-3.3.2.tar
estrae dall'archivio i files e crea la giusta struttura di directory, mantenendo il file *.tar
a questo punto si può entrare nella direcotry creata:
root@host:/# cd linux-3.3.2
root@host:/linux-3.3.2#

9. Kernel Linux: configurazione
LA FASE DI CONFIGURAZIONE
root@host:/linux-3.3.2# make config
nel caso nel sistema fossero presenti le librerie ncurses (e relativi files di sviluppo) è
possibile sostituire il comando sopra citato con
root@host:/linux-3.3.2# make menuconfig
La selezione dei parametri è un procedimento lungo che richiede molta ponderazione:
si tratta di decidere cosa andrà compilato ed incluso nel kernel, che cosa non dovrà
essere compilato, cosa andrà compilato ma sarà utilizzato come modulo.
ATTENZIONE ai contrassegni: (*); (M)

10. Kernel Linux: make menuconfig
UNO DEI CASI D'USO: make menuconfig

11. General setup --->
CONFIGURA FUNZIONALITÀ GENERALI DEL KERNEL.
Voci principali (o da tenere sott'occhio) su ~60:
( ) Tool per la Cross Compilazione
Modalità di compressione del Kernel --- >(GZIP, BZIP2, LZMA, XZ, LZO)
[*]System V IPC
Sottosistema IRQ --->
Sottosistema RCU --->
[*] Initial RAM filesystem and RAM disk support
[*] Configure standard Kernel features (expert users) --->
Kernel performance events and counter --->

12. [*] Enable loadable module support --->
I moduli sono piccoli pezzi di codice già compilato che possono essere inseriti nel Kernel
in esecuzione.
Abilitando questa opzione ed eseguendo successivamente
make modules_install
metteremo i moduli nella cartella
/lib/modules
da dove potranno essere poi caricati tramite l'utilizzo di modprobe
… altri dettagli nelle prossime slides :)

13. [*] Enable the block layer --->
Attivazione dei supporti di grandi dimensioni (>2TB) e opzioni per la loro gestione
PRINCIPALE SOTTOVOCE:
I/O SCHEDULER:
DEADLINE: inizio e fine di un servizio tramite un preciso vincolo temporale
CFQ: richieste sincrone alle quali è assegnata una porzione di tempo-macchina per
ciascuna coda di appartenenza
NOOP: semplicemente FIFO ^_^

14. Processor type and features --->
PROCESSORE: TIPO E CARATTERISTICHE.
In questa sezione potete scegliere il tipo di processore per il quale va compilato il
Kernel
Voci principali (o da tenere sott'occhio) su ~70:
[*] Enable MPS table (MultiProcessor Specification)
[*] Supporting for big SMP System with more than 8 CPUs
[*] Paravirtualized guest support --->
Processor family --->
[*] SMT (Hyperthreading) scheduler support
Preemption model ---> (server, desktop, low-latency desktop)
Hight memory support --->

15. ACPI options / Bus / ELF
POWER MANAGEMENT AND ACPI OPTIONS --->
Da tenere sott'occhio:
CPU frequency scaling
→ x86 frequency scaling driver
BUS OPTIONS --->
PCI/PCI-EXPRESS/PCMCIA
EXECUTABLE FILE FORMAT / EMULATIONS --->
[*] Kernel support for ELF binaries

16. [*] Networking support --->
LISTA VASTISSIMA!
Un insieme di opzioni specializzate per la rete, tra cui:
Networking option --->
[*] Amateur radio support --->
[M] IRDA --->
[M] Bluetooth --->
[*] Wireless --->
[M] WIMAX --->
NFC (EXPERIMENTAL) --->

17. Device Drivers / Firmware Drivers
DEVICE DRIVERS --->
Opzioni relative alla gestione dei device, dai più obsoleti a quelli più usati:
ATA/ATAPI/MFM/RLL;
SCSI;
SERIAL ATA;
PARALLEL ATA;
IEEE 1394;
MACINTOSH DEVICE DRIVER;
ISDN SUPPORT;
USB SUPPORT;
MMC/SD/SDIO;
…
FIRMWARE DRIVERS --->
[M] EFI variable support
[M] DELL system management base driver
[ ] Sigmastudio firmware loader
[ ] Google firmware driver

18. File system --->
IL DOGMA: OGNI COSA E' UN FILE
La lista dei filesystem supportati è vastissima:
EXT2,
EXT3,
EXT4,
RAISER,
JFS,
XFS,
BTRFS,
..
JOURNALING: annotazione delle modifiche a seguito di una caduta di tensione
Altre particolarità:
Supporto delle quote
[M] FUSE (File system in User Space)
DOS/FAT/NT file system --->
Network file system --->

19. Kernel hacking --->
Avrete a che fare con ~100naio di opzioni.
Nella maggior parte dei casi si tratta di debugger e detector:
File system
Scheduler
SLAB
Kernel memory leak
Spinlock
…

20. Security options --->
Particolare attenzione a:
SELINUX: razionalizza il volume di software caricato con un rafforzamento delle
politiche di sicurezza strettamente allineato con i requisiti minimi del TCSEC (Trested
Computer System Evalutation Criteria)
APPARMOR: permette di associare ad ogni programma un profilo di sicurezza che
restringe le capacità del programma stesso

21. Cryptogaphic API --->
[*] Cryptographic algorith manager
Molti degli algoritmi presenti sono impostati come moduli e sono divisi nelle seguenti
categorie
Authenticated encryption
Block modes
Hash modes
Digest
Ciphers
Compression
Random number generator
Hardware crypto device --->

22. Virtualization --->
KERNEL BASED VIRTUAL MACHINE (KVM) ha tra i suoi maggiori sviluppatori Red-Hat
KVM è una complessa infrastruttura di virtualizzazione attualmente implementata come
modulo
Si prevede a breve la realizzazione di un'interfaccia a chiamata di sistema

23. Kernel Linux: la compilazione
TERMINATA LA LUUUUUUUUUNGA DISAMINA, PASSIAMO ALLA COMPILAZIONE!
Assicuratevi che la vostra macchina sia a disposizione senza interruzioni ma soprattutto
trovatevi qualcosa di divertente da fare … 4 semplici lettere stresseranno il vostro pc in
una maniera non indifferente
root@host:/linux-3.3.2# make

24. Kernel Linux: immagine compressa e moduli
IMMAGINE COMPRESSA
In questo momento abbiamo compilato tutto ma non abbiamo ancora messo al loro posto nè i
moduli nè l'immagine del kernel
root@host:/linux-3.3.2# make bzImage
Fatto ciò nella sottodirectory arch/xyz/boot si troverà il file bzImage.
xyz = sigla che indica l'architettura per cui è stato compilato il kernel
Creato il Kernel è il momento di installare i moduli
root@host:/linux-3.3.2# make modules_install
FATTO! (cit. necessaria)!
Manca solo un RAMdisk

25. Kernel Linux: moduli & driver
Ma … cos'è un modulo?
E' un componente software che può svolgere diverse funzioni
VANTAGGI:
Può essere compilato separatamente ed essere caricato in un kernel già in uso
Alta personalizzazione
Distribuzione gratuita e libera
I DRIVER IN UN SISTEMA LINUX:
Il kernel possiede delle tabelle dinamiche di tutti i driver noti e fornisce un insieme di
procedure che permettono di aggiungere o rimuovere un driver da queste tabelle in
qualunque momento
MODULI & DRIVER:
Un modulo può registrare molti tipi di driver;
Un certo modulo può scegliere di registrare più di un driver;
Un certo driver potrebbe voler registrare due meccanismi distinti per l'accesso ad un
dispositivo

26. Kernel Linux: initramfs
Torniamo al RAMdisk: cos'è?
E' una porzione di RAM che viene utilizzata come disco.
root@host:/linux-3.3.2# mkinitramfs -o /boot/initrd.img-3.3.2
Il primo parametro indica in path in cui allocare il file

27. Kernel Linux: the end … o quasi
COPIA DEI FILE
IMMAGINE DEL KERNEL
cp arch/x86/boot/bzImage /boot/vmlinuz-3.3.2
MAPPATURA DEL SISTEMA
cp System.map /boot/System.map-3.3.2
[CONSIGLIATA] CONFIGURAZIONE USATA
cp .config /boot/config-3.3.2
MODIFICA DEL BOOTLOADER
LILO, GRUB, GRUB2 … SI RIMANDA ALLE RISPETTIVE GUIDE (RTFM googleando
googleando)

28. Kernel Linux: il lato oscuro
KERNEL PANIC
→ ERRORE IRRECUPERABILE INDIVIDUATO IN KERNEL SPACE
MANCATO CARICAMENTO DEI MODULI
INIEZIONE DI FALLIMENTI
→ TRANSAZIONE DI UN SISTEMA IN UNO STATO NON CORRETTO
OVERFLOW
→ STACK
→ BUFFER
→ HEAP

29. Moduli: after compiling
INSERIMENTO E DEALLOCAZIONE …
… rispettivamente con insmod e rmmod
Nel loro funzionamento non tengono conto delle dipendenze, di conseguenza la
precedenza fra i moduli deve essere tenuta in conto quando si determina l'ordine con
il quale caricarli.
Naturalmente la rimozione dei moduli deve avvenire per ordine inverso.
LISTA MODULI CARICATI
lsmod
L'output visualizza il nome del modulo, il numero di dipendenze e le dipendenze
stesse.
CARICAMENTO MODULI
modprobe
Carica, sfruttando la il contenuto di modules.dep, tutti i moduli eventualmente
necessari per il corretto funzionamento di quello specificato
GENERATORE DI DIPENDENZE
depmod
Si trova come script di avvio in tutte le distribuzioni e consente di generare
automaticamente il file modules.dep (lista di dipendenze)

30. Kernel Linux: opzioni addizionali
Alcune opzioni addizionali:
Algoritmo di scheduling: inserimento
Il kernel permette di impostare l'algoritmo di scheduling a runtime mediante sysfs; in
questo modo è possibile selezionare il miglior algoritmo a seconda del proprio utilizzo
root@host:/# echo nomescheduler > sys/block/nomedevice/queue/iosched
Opzioni di avvio installazione
acpi=off → disattiva l'uso dell'ACPI
apm=off → disattiva l'uso dell'APM
display=IP:0 → trasmette il display su un sistema remoto
expert → permette il partizionamento di un media staccabile e il montaggio di altri device
mediacheck → verifica integrità iso
noathlon → disattiva le ottimizzazioni per AMD Athlon
noprobe → disattiva il rilevamento hardware
nousb → disattiva il caricamento del modulo e il montaggio di periferiche usb
resolution= → imposta la modalità video preferita

31. Stiamo per finire ...
Talk is cheap. Show me the code
(Linus Torvalds)

32. … stiamo finendo ...
Un sentito ringraziamento a chi ha permesso lo svolgersi di tutto
questo:
al Preside della Facoltà di Ingegneria dell'Università degli
Studi di Napoli Federico II: Prof. Piero Salatino
e al Prof. Antonio Pescapè, nostro eterno supporter
Ai ragazzi dell'associazione NaLug – Napoli GNU/Linux Users Group
http://nalug.net
info@nalug.net

33. … abbiamo finito!
Bibliografia:
dal kernel 2.2 in poi … parecchi kernel panic -.-'
Riferimenti e contatti:
Marco Ferrigno
- Security & system independent researcher -
- Developer of the Italian Debian GNU/Linux HOWTOs -
http://marcoferrigno.wordpress.com
best regards ;-)