Kernel Architekturen

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Questions and Answers

Was ist ein Hauptvorteil eines Microkernels?

  • Kleinere Codebasis und einfachere Wartung. (correct)
  • Hohe Performance durch direkte Hardwareansteuerung.
  • Die Fähigkeit, alle Kernelschnittstellen im User-Space anzubieten.
  • Integration mehrerer Betriebssysteme in einen einzigen Kernel.

Welches dieser Betriebssysteme ist ein Beispiel für einen monolithischen Kernel?

  • Minix
  • Linux (correct)
  • macOS
  • QNX

Was ist ein wesentlicher Nachteil eines Hybrid Kernels?

  • Er bietet keine Modularität.
  • Er hat eine zu kleine Codebasis für komplexe Anwendungen.
  • Er kann keine User-Space Dienste unterstützen.
  • Er benötigt mehr Kommunikation zwischen User-Space und Kernel-Space. (correct)

Welches dieser Merkmale ist charakteristisch für einen Exokernel?

<p>Er ermöglicht direkte Kontrolle der Anwendungen über Hardware. (A)</p> Signup and view all the answers

Welches ist ein typisches Beispiel für einen Microkernel?

<p>Minix (A)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen beschreibt einen Nachteil von monolithischen Kernen?

<p>Ein Fehler im Kernel kann das gesamte System zum Absturz bringen. (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist echter Vorteil eines Hybrid Kernels?

<p>Gute Balance zwischen Performance und Systemsicherheit. (D)</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden Betriebssysteme nutzt typischerweise einen Hybrid Kernel?

<p>Windows (B)</p> Signup and view all the answers

Was ist die erste Schritt, um den Linux-Kernel zu installieren?

<p>Abhängigkeiten installieren (B)</p> Signup and view all the answers

Was bewirkt der Befehl 'make all' beim Kompilieren des Linux-Kernels?

<p>Baut das Kernel-Image und alle Module (B)</p> Signup and view all the answers

Welches Paket ist notwendig für die Verwendung von 'menuconfig' zur Konfiguration des Kernels?

<p>libncurses5-dev (C)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage beschreibt die Funktion des Befehls 'make install'?

<p>Installiert das Kernel-Image im Boot-Verzeichnis (D)</p> Signup and view all the answers

Was wird mit dem Befehl 'make oldconfig' erreicht?

<p>Fragt neue Parameter basierend auf einer vorhandenen Konfiguration ab (D)</p> Signup and view all the answers

Welches Tool wird hauptsächlich verwendet, um den Linux-Kernel zu übersetzen?

<p>make (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist eine der Voraussetzungen für das Kompilieren des Linux-Kernels mit GUI?

<p>libqt4-dev und g++ (C)</p> Signup and view all the answers

Was bewirkt der Befehl 'sudo apt-get update'?

<p>Aktualisiert die Paketliste des Systems (C)</p> Signup and view all the answers

Welches Hauptmerkmal definiert den Nanokernel?

<p>Er bietet eine sehr geringe Basisfunktionalität. (C)</p> Signup and view all the answers

Welcher Vorteil wird dem modularen Kernel zugeschrieben?

<p>Er benötigt nach einem Modulwechsel keinen Systemneustart. (D)</p> Signup and view all the answers

Welcher Nachteil wird mit dem Nanokernel in Verbindung gebracht?

<p>Er erfordert hohen Entwicklungsaufwand für die Gerätezusammenstellung. (B)</p> Signup and view all the answers

Welche Software wurde von Richard Stallman 1991 gegründet?

<p>GNU C Compiler (D)</p> Signup and view all the answers

Welches Betriebssystem verwendete Linus Torvalds, um seine ersten Programme zu entwickeln?

<p>Minix (D)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt den modularen Kernel am besten?

<p>Er kann während des Betriebs modifiziert werden. (B)</p> Signup and view all the answers

Was war ein Ziel von Linus Torvalds bei der Entwicklung seines Kernels?

<p>Die Untersuchung der Schutzmechanismen des Intel i386 Prozessors. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Funktion wird durch den Nanokernel nicht bereitgestellt?

<p>Speichermanagement (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist der Befehl, um eine neue Konfiguration im Linux-Kernel zu erstellen?

<p>$ make menuconfig (C)</p> Signup and view all the answers

Was bewirkt der Befehl $ make localyesconfig?

<p>Erstellt eine .config-Datei, die alle momentan geladenen Module fest im Kern kompiliert. (B)</p> Signup and view all the answers

Welcher Befehl installiert das Kernel-Abbild und alle Module?

<p>$ make all install modules_install (B)</p> Signup and view all the answers

Wofür wird der Befehl $ make V=1 all install modules_install verwendet?

<p>Er ermöglicht eine detaillierte Ausgabe während des Installationsprozesses. (D)</p> Signup and view all the answers

Welcher Befehl zeigt Ihnen die Liste aller derzeit geladenen Module an?

<p>$ lsmod (A)</p> Signup and view all the answers

Wie kann die .config-Datei am Ende der Konfiguration gespeichert werden?

<p>Durch Beenden der entsprechenden Oberfläche. (B)</p> Signup and view all the answers

Was könnte passieren, wenn der Kernel mit einer nicht optimierten Konfiguration gebaut wird?

<p>Er könnte eine große Anzahl nicht benötigter Module aktivieren. (B)</p> Signup and view all the answers

Was ermöglicht der Befehl $ make oldconfig?

<p>Aktualisiert die Konfiguration basierend auf einer gespeicherten alten .config-Datei. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen beschreibt korrekt die Auswahloptionen im Linux Kernel Menuconfig?

<p>Ein ausgewähltes Modul kann nachgeladen werden. (C)</p> Signup and view all the answers

Wie kann man im Linux Kernel Menuconfig zur Auswahl einer Option bestätigen?

<p>Durch Drücken der Taste Y. (D)</p> Signup and view all the answers

Was passiert, wenn eine Option im Linux Kernel Menuconfig mit [ ] gekennzeichnet ist?

<p>Die Option ist nicht ausgewählt. (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist die Funktion der Tastenkombination ESC im Linux Kernel Menuconfig?

<p>Sie beendet die aktuelle Sitzung. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Option beschreibt einen Schritt zur Vorbereitung des Linux Kernel für das Kompilieren?

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Welche Funktion hat der Befehl 'M' im Linux Kernel Menuconfig?

<p>Es wählt die Option als Modul aus. (B)</p> Signup and view all the answers

Was passiert, wenn eine Option im Linux Kernel Menuconfig mit [*] gekennzeichnet ist?

<p>Die Option wird in den Kernel übersetzt. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Tasten verwendet man, um im Linux Kernel Menuconfig eine Hilfeseite aufzurufen?

<p>H (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage beschreibt die Option, die im Menüconfig durch '()' gekennzeichnet ist?

<p>Es handelt sich um eine frei wählbare Option. (D)</p> Signup and view all the answers

Was ist der erste Schritt, um im Terminal auf die Kernel-Quellen zuzugreifen?

<p>cd /usr/src/ (D)</p> Signup and view all the answers

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Study Notes

Kernel Architekturen

  • Monolithischer Kernel: Dieser Kern ist ein großer, zusammenhängender Codeblock. Alle Systemkomponenten sind hier integriert, einschließlich der Kernel- und User-Space-Dienste. Vorteile sind eine schnelle Leistung und einfache Integration mit Hardwareressourcen. Nachteile: Große Codebasis, schwierige Wartung und ein Fehler im Kernel kann das gesamte System zum Absturz bringen. Beispiele: Linux, UNIX.

  • Microkernel: Nur die essentiellen Mechanismen wie Memory Management, Prozesskommunikation und Low-Level-Hardware werden im Microkernel implementiert. Die meisten Systemdienste wie Dateisysteme und Gerätetreiber laufen im User-Space. Vorteile sind eine kleinere Codebasis, einfachere Wartung und Robustheit gegen Fehler. Nachteile: Geringere Leistung aufgrund der Kommunikation zwischen User-Space-Diensten und Kernel-Space-Mechanismen. Beispiele: Minix, QNX.

  • Hybrid Kernel: Er kombiniert Aspekte des monolithischen und Microkernel, wobei ausgewählte Dienste im Kernel-Space ausgeführt werden, um die Leistung zu verbessern. Vorteile: Gute Balance zwischen Leistung, Modularität und Systemsicherheit. Nachteil: Komplexer in der Entwicklung und Wartung im Vergleich zu rein monolithischen oder Microkernel. Beispiele: Windows, macOS.

  • Exokernel: Ein minimaler Kernel, der Anwendungen die direkte Kontrolle über Hardwareressourcen gibt. Vorteile: Hohe Leistung, da Abstraktionsschichten fehlen und Anwendungen direkt mit der Hardware interagieren. Nachteil: Komplex in der Entwicklung, da wenig Abstraktion vorhanden ist. Beispiel: MIT's Exokernel.

  • Nanokernel: Eine verkleinerte Variante des Microkernel, die nur grundlegende Funktionalitäten wie Prozesskommunikation und Interrupt Management realisiert. Vorteile: Sehr leichtgewichtig und minimalistisch, geeignet für eingebettete Geräte. Nachteil: Hoher Aufwand in der Entwicklung und Anpassung an verschiedene Geräte. Beispiele: EPOC Kernel von Symbian (z.B. Nokia Telefone wie 3210).

  • Modularer Kernel: Grundsätzlich ein monolithischer Kernel, der das Nachladen von Funktionalitäten zur Laufzeit mithilfe von Modulen ermöglicht, ohne das System neu starten zu müssen. Vorteile: Flexibles System, um Funktionalität nachzuladen, ohne den Neustart des Systems; Reduzierung des Speicherverbrauchs, da nur geladene Module Ressourcen verbrauchen. Nachteil: Erbt die Komplexität des monolithischen Kernels. Beispiel: Linux (moderne Versionen mit Linux Kernel Modules).

Linux Geschichte

  • 1991: Linus Torvalds (21 Jahre) entwickelt einen kleinen Bootloader auf einem PC-AT. Es wurde der GNU C Compiler (gcc, GNU Project) und das Betriebsystem MINIX (UNIX Clone, entwickelt an der Universität Amsterdam) verwendet.

  • 1985: Richard Stallman Die Free Software Foundation (FSF) und die GNU Public License (GPL) wurden initiiert.

  • 1991: Richard Stallman entwickelt das Betriebssystem GNU Hurd, GNU Emacs und den GNU C Compiler.

  • 1991: Prof. Andrew S. Tanenbaum entwickelt MINIX-OS 2.0 für seine Betriebssystemvorlesung an der Freien Universität Amsterdam.

Linux Kernel Installation unter Ubuntu

  • Voraussetzungen

    • sudo bash sicherheitsrelevante Befehle ausführen (root user)
    • apt-get update && apt-get install build-essential libncurses-dev bison flex libssl-dev libelf-dev - Benötigte Pakete für die Installation des Kernel-Quellcodes installieren.
    • 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 - Kernel-Quellcode herunterladen und entpacken.

  • Konfiguration & Übersetzung

    • make help - Hilfemenü anzeigen
    • make config - Neue Kernel Konfigurationsdatei (.config) erstellen.
    • make oldconfig - Eine neue .config auf Basis einer bestehenden Konfigurationsdatei erstellen.
    • make listnewconfig - Liste der neuen Konfigurationsoptionen anzeigen.
    • make all - Kernel-Image und alle Module kompilieren.
    • make modules_install - Kernel-Module im Verzeichnis /lib installieren.
    • make install - Kernel-Image im Verzeichnis /boot installieren.
    • make firmware_install - Neuere Firmware installieren.

  • GUI-gestützte Konfiguration

    • sudo apt-get install libqt4-dev g++ - QT4 Bibliothek installieren.
    • make xconfig - QT-basierte Oberfläche zur Kernel-Konfiguration.

  • Menuconfig

    • sudo apt-get install libncurses5-dev - Ncurses Bibliothek installieren.
    • make menuconfig - Ncurses-basierte Oberfläche zur Kernel-Konfiguration.

  • Überblick: MenuConfig

    • ** [ ] ** - Optionen sind nicht ausgewählt.
    • ** [*] ** - Optionen sind ausgewählt und werden im Kernel-Image kompiliert.
    • ** ** - Optionen werden als Module kompiliert (nachladbare Module).
    • ** ( ) ** - Optionen sind wählbar (Text oder Zahl).
    • ** --> ** - Weitere Optionen in einem Untermenü.

  • Menuconfig Navigation

    • Tabulator und Cursortasten - Navigation zwischen Optionen.
    • ** / ** - Suchen nach einer Option.
    • ** H ** - Hilfetext zu einer Option anzeigen.
    • ** Y ** - Option auswählen.
    • ** N ** - Option abwählen.
    • ** M ** - Option als Modul auswählen.
    • ** E ** - MenuConfig beenden.

  • Linux Kernel Übersetzung (Ubuntu VM)

    • In der Ubuntu VM als Benutzer test (Passwort: test) einloggen.
    • sudo bash - Zum Root User wechseln.
    • cd /usr/src/linux-XX.YY.ZZ - In das Verzeichnis mit dem Kernel-Quellcode wechseln.
    • make oldconfig - Die Konfigurationsdatei .config aus der aktuellen Konfiguration erstellen.
    • make menuconfig - Neue Konfiguration mit der Ncurses Oberfläche erstellen.
    • make xconfig - Neue Konfiguration mit der QT Oberfläche erstellen.
    • make localmodconfig - Die Konfigurationsdatei localmodconfig erstellen, welche nur die momentan geladenen Module aktiviert.
    • make localyesconfig - Die Konfigurationsdatei localyesconfig erstellen, welche alle momentan geladenen Module fest in den Kernel kompiliert.

  • Kernel-Image und Module bauen und installieren

    • make all install modules_install - Kernel-Image und alle Module kompilieren und installieren.
    • make V=1 all install modules_install - Kernel-Image und Module mit verbesserter Ausgabe kompilieren und installieren.
    • update-grub - Den neuen Kernel dem Bootmanager (z.B. GRUB) bekannt machen.

  • Kernel-Module

    • lsmod - Liste aller aktuell geladenen Module anzeigen.

  • Kernel Starten

    • Den neuen Kernel booten / starten.

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