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Questions and Answers
Was ist der Linux Kernel?
Was ist der Linux Kernel?
Der zentrale Bestandteil eines Betriebssystems, der als Vermittler zwischen der Hardware und Softwareanwendungen dient.
Welche dieser Kernel-Arten gehören zu den bekannten Kernel-Strukturen? (Wählen Sie alle zutreffenden aus)
Welche dieser Kernel-Arten gehören zu den bekannten Kernel-Strukturen? (Wählen Sie alle zutreffenden aus)
Der Microkernel unterstützt alle Betriebssystemdienste im Kernel-Space.
Der Microkernel unterstützt alle Betriebssystemdienste im Kernel-Space.
False
Nennen Sie einen Vorteil des monolithischen Kernels.
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Welche Software benötigt Linus Torvalds zur Entwicklung des Linux Kernels?
Welche Software benötigt Linus Torvalds zur Entwicklung des Linux Kernels?
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Wie loggen Sie sich als User „test“ in die Ubuntu VM ein?
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Wie wechseln Sie zum 'root' User in der Kommandozeile?
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Der Modular Kernel ermöglicht die Nachladung von Funktionalität zur Laufzeit ohne Neustart des Systems.
Der Modular Kernel ermöglicht die Nachladung von Funktionalität zur Laufzeit ohne Neustart des Systems.
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Ordnen Sie die Kernel-Arten ihren Vorteilen zu:
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Wo liegen die Kernel-Quellen?
Wo liegen die Kernel-Quellen?
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Was müssen Sie machen, um eine .config-Datei aus der aktuell laufenden Konfiguration zu erstellen?
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Um den Linux Kernel zu übersetzen und auszutauschen, benötigen wir einen ______ zum Übersetzen des Programmcodes.
Um den Linux Kernel zu übersetzen und auszutauschen, benötigen wir einen ______ zum Übersetzen des Programmcodes.
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Welcher Kernel-Typ hat eine hohe Leistung, jedoch komplexe Entwicklungen?
Welcher Kernel-Typ hat eine hohe Leistung, jedoch komplexe Entwicklungen?
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Welche Option müssen Sie wählen, um eine neue Konfiguration des Kernels zu erstellen?
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Wie viele Zeilen hat Ihre .config-Datei?
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Welche Befehle verwenden Sie, um das Kernel-Abbild/Image und alle Module zu bauen und zu installieren?
Welche Befehle verwenden Sie, um das Kernel-Abbild/Image und alle Module zu bauen und zu installieren?
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Wie machen Sie den neuen Kernel dem Boot-Manager (grub) bekannt?
Wie machen Sie den neuen Kernel dem Boot-Manager (grub) bekannt?
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Was müssen Sie tun, um den neuen Kernel zu booten?
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Wie können Sie die geladenen Module anzeigen?
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Study Notes
Betriebssystem Kernels
- Der Kernel ist der zentrale Baustein eines jeden Betriebssystems, der als Vermittler zwischen der Hardware und der Software agiert
- Aufgaben: Speicherverwaltung, Prozessverwaltung, Gerätesteuerung und die Vermittlung zwischen Hardware und Software
Klassen von Kernel Strukturen
- Monolithischer Kernel: alle Betriebssystemdienste in einem gemeinsamen Adressraum organisiert, schnelle Performance, schwer zu warten, Fehler können System zum Absturz bringen (Beispiele: Linux, UNIX)
- Microkernel: minimalistischer Kernel mit essentiellen Mechanismen, wie Memory Management, Prozesskommunikation und Low-Level-Hardware, Vorteile: geringe Codebasis, einfach zu warten, robuster gegenüber Fehlern, Nachteile: geringere Performance, da Kommunikation zwischen User-Space - Diensten und Kernel-Space-Mechanismen vorliegt (Beispiele: Minix, QNX)
- Hybrid Kernel: vereint Aspekte von monolithischen und Microkernel, ausgewählte Dienste laufen im Kernel-Space um Performance zu erreichen, Vorteile: gute Balance zwischen Performance, Modularität und Systemsicherheit, Nachteile: komplex in Entwicklung und Wartung (Beispiele: Windows, macOS)
- Exokernel: minimalistischer Kernel, der Anwendungen die direkte Kontrolle über die Hardwareressourcen gibt, Vorteile: hohe Performance, da Abstraktionsschichten fehlen, Nachteile: Komplex in der Entwicklung (Beispiele: MIT's Exokernel)
- Nanokernel: kleinere Version des Microkernel mit geringer Basisfunktionalität, Vorteile: sehr leichtgewichtig und minimalistisch, Nachteile: hoher Aufwand in der Entwicklung (Beispiel: EPOC Kernel von Symbian)
- Modular Kernel: monolithischer Kernel, der das Nachladen von Funktionalität zur Laufzeit mittels Module ermöglicht, ohne das System neu zu starten, Vorteile: flexibler, reduziert Speicherverbrauch, Nachteile: erbt die Komplexität von monolithischen Kernel (Beispiele: Linux)
Linux Historie
- Linus Torvalds, ein Informatik-Student, entwickelte Linux als Hobbyprojekt
- Grundlage für Linux war MINIX, ein UNIX-Clone von Prof. Andrew Tanenbaum
- Die Free Software Foundation (FSF) und die GNU Public License (GPL) waren wichtige Vorläufer für Linux
- Die Verbreitung von Linux führte zu einem immensen Wachstum
- Linux ist ein Open-Source-Projekt, was die Entwicklung vorantrieb
Linux Releases
- 9.1991: Linux v0.01 (10.239 LOC)
- 12.1991: Linux v0.11
- 2.1991: Linux v0.12 (unter GPL)
- 3.1991: X Windows System (~40k LOC)
- 3.1994: Linux v1.0 (176.250 LOC)
- 3.1995: Linux v1.2 (310.950 LOC)
- 6.1996: Linux v2.0 (716.119 LOC)
- 1.1999: Linux v2.2 (1.800.847 LOC)
- 1.2001: Linux v2.4 (3.377.902 LOC)
- 12.2003: Linux v2.6 (5.929.913 LOC, bis 2011, dann 3.0-Schema)
- 1.2012: Linux v3.2 (14.998.651 LOC)
- 10.2015: Linux v4.2.3 (18.756.142 LOC)
- 11.2019: Linux v5.8.3 (24.711.894 LOC)
- 2.2022: Liunx v5.16.11 (29.086.702 LOC)
- 11.2022: Linux v6.1 (~28.000.000 LOC)
Übersicht: Linux Kernel
-
Struktur:
- documentation/
- arch/
- drivers/
- fs/
- include/
- init/
- kernel/
- mm/
- net/
- Der Kurs betrachtet Interrupts und Scheduler im kernel
- Der Linux-Kernel soll nun übersetzt werden
Linux Kernel Bauen
- Werkzeuge: Compiler, Build-Tool (make), Tool zur Installation (update-grub), weitere unterstützende Werkzeuge (Ncurses, GTK+, QT)
-
Voraussetzungen:
- sudo apt-get update
- sudo apt-get install build-essential libncurses-dev bison flex libssl- dev libelf-dev
-
Linux Kernel-Quellcode Herunterladen:
- wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.10.1.tar.xz
- tar -xvf linux-5.10.1.tar.xz
- cd linux-5.10.1
Linux Kernel Übersetzung mittels make
- make help: Zeigt Hilfe zu Make-Parametern
- make config: Abfrage aller Parameter, erzeugt .config
- make oldconfig: basierend auf .config, neue Abfragen
- make listnewconfig: zeigt neue Parameter an
- make all: Baut Kernel-Datei/Image und alle Module
- make modules_install: Installiert Kernel-Module unter /lib
- make install: Installiert Kernel-Image unter /boot
- make firmware_install: Installiert Firmware
Linux Kernel Config mit GUI: QT
-
Installation:
- sudo apt-get install libqt4-dev
- sudo apt-get install g++
Linux Kernel Menuconfig
-
Installation:
- sudo apt-get install libncurses5-dev
- make menuconfig
-
Optionen:
- nicht ausgewählt
- [*] ausgewählt und wird in den Kernel übersetzt
- ausgewählt, so wird das Modul übersetzt (nachladbar!)
- ( ) frei wählbare Option
- --> weiteres Menü folgt
- Navigation: Tabulator, Cursortaste
-
Kommandos:
- /: Suche nach einer Option
- H: Hilfetext
- Y: selektiert eine Option
- N: deselektiert eine Option
- M: wählt die Option als Modul aus
- E: Exit
Linux Kernel Menuconfig (I)
-
Anleitung: Starten Sie die Ubuntu VM, loggen Sie sich als User „test“ (pw: „test“) ein, starten Sie Terminal (CTRL + T), werden Sie „root“ user (sudo bash), Passwort für User „test“ eingeben
- Die Kernel-Quellen liegen unter: /usr/src/linux-XX.YY.ZZ/
Linux Kernel Menuconfig (II)
-
Konfiguration:
- make oldconfig: Erstellt .config aus der aktuell laufenden Konfiguration
- make menuconfig: Ncurses Oberfläche
- make xconfig: QT Oberfläche
- Suchen Sie nach dem Dateisystem EXT4
- Speichern Sie Ihre .config-Datei
- Zählen Sie die Zeilen in der .config-Datei mit wc
Linux Kernel Übersetzung (I)
-
Konfiguration:
- make localmodconfig: erzeugt .config mit nur den momentan geladenen Modulen
- make localyesconfig: erzeugt .config mit allen momentan geladenen Modulen fest im Kern kompiliert
- Vorteile: Kleinerer Kern, weniger Module, kürzere Build Zeit
Linux Kernel übersetzen & installieren
- Den Kernel und alle Module können Sie mit
make all install modules_installbauen und installieren. - Um detaillierte Ausgaben zu erhalten, fügen Sie
V=1hinzu:make V=1 all install modules_install. - Der neue Kernel wird mit
update-grubdem Boot-Manager (hier: grub) bekannt gemacht. - Überprüfen Sie die Größe der Kernel-Images im Verzeichnis
/boot. - Verwenden Sie
lsmodum eine Liste der geladenen Module auf der Konsole anzuzeigen. - Weitere Systemprogramme für Module finden Sie in der Dokumentation.
Linux Kernel booten / starten
- Starten Sie die virtuelle Maschine neu (reboot / restart) um den neuen Kernel zu booten.
- Wählen Sie im Boot-Manager (hier: grub) den neu übersetzten Kernel aus.
- Überprüfen Sie nach dem Einloggen, welche Module geladen sind (Hinweis: lsm…).
- Analysieren Sie die übersetzten Module und identifizieren Sie überflüssige Module, die aus der Konfigurationsdatei (
.config) entfernt werden können.
Zusammenfassung
- Die Vorlesung vermittelt ein grundlegendes Verständnis des Linux Kernels und seiner Geschichte.
- Sie lernen verschiedene Möglichkeiten zur Konfiguration des Linux Kernels kennen.
- Sie haben praktische Erfahrung mit dem Übersetzen (menuconfig), Installieren und Starten des Linux Kernels gesammelt.
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Description
In diesem Quiz lernen Sie die verschiedenen Klassen von Kernel-Strukturen kennen, wie monolithische, Mikro- und Hybrid-Kernel. Sie erfahren mehr über ihre spezifischen Eigenschaften, Vor- und Nachteile. Testen Sie Ihr Wissen über diese grundlegenden Konzepte der Betriebssystemarchitektur.
