Más rápido, más fuerte y 100 % más personalizado: un gran recorrido por los kernels de Linux

El corazón palpitante de cualquier instalación de Linux es el kernel. La mayoría de las distribuciones con las que se encontrará agregan características y capacidades únicas a esta base, pero el kernel es la pieza de software unificador común en todas las distribuciones que se llaman a sí mismas Linux. A diferencia de un sistema operativo comercial, el kernel es muy configurable y cualquier usuario puede personalizarlo por completo. ¿Por qué querrías jugar con la configuración de tu kernel? Si bien el núcleo de stock proporcionado por su distribución es una opción razonable, existen conjuntos únicos de parches que pueden cambiar fundamentalmente el comportamiento del núcleo y, en algunos casos, pueden ajustar su sistema para que sea aún más efectivo para su caso de uso particular. ¡Echemos un vistazo al panorama de los kernels de Linux especializados! Conceptos básicos del kernel: Upstream El sitio web es la última fuente de información sobre el kernel principal de Linux que el equipo del kernel lanza periódicamente. Si echa un vistazo a la página de inicio, puede ver una variedad de diferentes versiones del kernel en la lista: kernel.org Si es un usuario de Linux, es posible que nunca haya visto esta página durante la totalidad de su tiempo Linux. ¿Lo que da? usando Una distribución como generalmente selecciona una versión del kernel que se sabe que es confiable y estable, aplica los necesarios para personalizarlo como mejor le parezca y luego proporciona el kernel compilado a todos sus usuarios para que ese proceso de compilación real (que ¡puede tomar un tiempo!) ocurre en su extremo en lugar de en el de su escritorio. Esto significa que es probable que dos usuarios actualizados de Ubuntu 22.04, por ejemplo, utilicen la misma compilación de kernel, lo que simplifica la compatibilidad con una amplia variedad de usuarios en una variedad de instalaciones diferentes. También permite que los ingenieros que desarrollan Ubuntu se centren en proporcionar una compilación de kernel única que esté bien probada y satisfaga la mayoría de las necesidades de sus usuarios. Ubuntu conjuntos de parches Sin embargo, si tuviera que comparar el kernel en ejecución en dos distribuciones de Linux actualizadas , es casi seguro que sus versiones serían diferentes. Si bien el kernel tiene una excelente reputación por su estabilidad, algunas distribuciones optan por ser cautelosas acerca de cuándo dar el salto a un kernel más nuevo. Suele ser una buena idea: los números entre dos versiones del kernel, como 5.18.16 y 5.10.135, parecen grandes, pero los desarrolladores del kernel son conservadores a la hora de agregar y quitar funciones, por lo que normalmente no hay grandes diferencias prácticas entre ellas. Si una distribución de Linux mantiene algunas versiones detrás del último kernel, hacerlo para lograr lanzamientos más predecibles a menudo vale la pena. diferentes Pero mientras que el kernel no da saltos masivos entre versiones, diferentes desarrolladores mantienen colecciones de cambios que pueden alterar fundamentalmente el comportamiento del kernel. Algunos de estos incluyen: predeterminado posteriores Cambios en el programador de la CPU. Esta es una de las funciones centrales del núcleo y dicta cómo se eligen los diferentes procesos en su máquina para que se ejecuten en su procesador. Cambios en el programador de E/S. El kernel admite diferentes métodos de programación, como la o , que pueden tener un impacto significativo en el rendimiento de las operaciones del disco, en particular para los discos giratorios donde las realidades físicas de los ejes y los cabezales de lectura afectan la rapidez con la que se puede acceder a los datos. deadline cfq Seguridad. Algunos conjuntos de parches realizan cambios significativos para intentar el kernel de Linux contra posibles vectores de explotación. fortalecer ¡La belleza de ejecutar Linux es que todas estas opciones diferentes están completamente abiertas para ti! Echemos un vistazo a algunos de ellos. Vainilla deliciosa y predeterminada El kernel de Linux predeterminado no tiene personalizaciones llamativas, pero todavía hay bastantes configuraciones que aún están bajo el control del usuario sin necesidad de volver a compilar su kernel o realizar cambios en el código fuente. Por ejemplo, el planificador de E/S antes mencionado dicta cómo el kernel prioriza las operaciones pendientes para leer o escribir en el almacenamiento persistente. Este es un escenario importante por una variedad de razones. ¿El núcleo pasa primero por un documento que está tratando de guardar en el disco para mejorar la latencia del escritorio, o debería vaciar el diario del sistema en el disco para asegurarse de que esté disponible en caso de un bloqueo? Este tipo de decisiones del programador de E/S tienen en cuenta una gran cantidad de variables, como el tiempo de espera en el kernel, la urgencia de la solicitud y más. Como casi todas las configuraciones de Linux de bajo nivel, puede inspeccionar directamente qué programador de E/S está utilizando su sistema utilizando una ruta del sistema de archivos. Esta información se controla por dispositivo utilizando el sistema de archivos virtual . En mi sistema, puedo encontrar esto insertando el dispositivo que me interesa, , en una ruta en : sys sda /sys $ cat /sys/block/sda/queue/scheduler [mq-deadline] kyber none Esto indica que mi unidad está utilizando el programador con los otros métodos, y , disponibles para su uso pero no elegidos activamente en este momento. El planificador se describe como " ", ¡lo que me parece bien! sda mq-deadline kyber none mq-deadline [un] buen todoterreno con una sobrecarga de CPU bastante baja También puede muchas de estas configuraciones utilizando una interfaz similarmente simple. La lo explica bien. En resumen, basta con enviar el nombre del programador deseado a la misma ruta que antes. El siguiente comando cambiaría el programador de este dispositivo en particular para usar el programador . Tenga en cuenta que el acceso de es necesario para cambiar este tipo de configuraciones. cambiar documentación del Kernel de Linux kyber root $ echo kyber > /sys/block/sda/queue/scheduler Los programadores por dispositivo son solo una de las configuraciones ajustables en tiempo de ejecución disponibles en un kernel en ejecución. Consulte estas otras configuraciones para obtener opciones adicionales: intercambio net.core Núcleos de soporte a largo plazo: antiguos, pero buenos ¿Qué pasa si las funciones nuevas y sofisticadas parecen excelentes, pero lo que más le preocupa es el soporte y la estabilidad? El kernel de soporte a largo plazo, o , es una versión del kernel de Linux especialmente optimizada para brindar soporte durante un período de tiempo mucho más largo que un kernel típico. Para los sistemas que favorecen las actualizaciones estables y predecibles, usar un paquete de kernel con el sufijo suele ser una muy buena opción. Si bien no se han aplicado parches especiales, el uso de un kernel como 5.15 significa que el soporte está garantizado hasta octubre de 2023 en lugar de antes. Si hubiera adoptado el kernel 4.9 cuando se lanzó en diciembre de 2016, habrá sido compatible hasta enero de 2023, ¡eso es mucho tiempo para no tener que preocuparse por los cambios importantes! LTS -lts El kernel de soporte a largo plazo es probablemente la variante de kernel más disponible fuera de la versión principal. Algunas distribuciones como Ubuntu LTS vienen con un kernel de soporte a largo plazo de forma predeterminada, pero la mayoría de las otras distribuciones brindan la opción de usar un kernel LTS instalando y habilitando un paquete con nombres similares a . Su distribución elegida probablemente tenga guías que expliquen cómo instalar y usar diferentes kernels, así que para probar el sólido kernel LTS, busque paquetes de kernel que terminen con y siga las instrucciones de su distribución elegida para usar un paquete de kernel alternativo. linux-lts -lts Núcleos endurecidos: para los que se preocupan por la seguridad Dentro de la seguridad de la información, el se refiere al proceso de reforzar áreas específicas para mitigar posibles ataques y vulnerabilidades. El kernel de Linux convencional obviamente trata de lograr este grado de seguridad tanto como sea razonablemente posible, pero algunos usuarios pueden optar por restringir su kernel y su función para cambiarlos por una mayor seguridad. El proporciona esto. endurecimiento kernel reforzado de Linux Por lo general, el kernel reforzado de Linux se comporta de manera muy similar a un kernel típico, aunque existen compensaciones. Por ejemplo, es posible que algunas aplicaciones simplemente no funcionen en un kernel reforzado, y es posible que muchos módulos de kernel precompilados necesiten usar su equivalente para integrarse correctamente con un kernel reforzado. Sin embargo, para las aplicaciones de misión crítica donde la seguridad es una prioridad, un kernel fortalecido suele ser la opción correcta. DKMS significa "soporte de módulo de kernel dinámico" y es una característica que permite a los usuarios usar el código fuente para módulos de kernel que no tienen soporte precompilado para un kernel deseado. Por ejemplo, el proyecto debe instalarse como un módulo de kernel para usar el sistema de archivos ZFS en Linux. Muchas distribuciones proporcionan un paquete que instalará el módulo precompilado listo para usar, lo que evita largos tiempos de compilación y posibles incompatibilidades, pero puede que no funcione correctamente cuando se usa un kernel personalizado. Un módulo DKMS de OpenZFS, por otro lado, puede compilarse sobre la marcha contra el núcleo elegido para garantizar que funcione como se espera. DKMS OpenZFS en Linux Lograr la iluminación con el zen El es uno de los conjuntos de parches basados en la comunidad con mayor soporte. Si bien no es una desviación masiva del kernel Linux anterior, el kernel zen (o Liquorix) realiza cambios para potenciar el rendimiento. Del sitio web de Liquorix: kernel zen Liquorix es un reemplazo del kernel de distribución creado con las mejores fuentes de configuración y kernel para cargas de trabajo de escritorio, multimedia y juegos. Un cambio, por ejemplo, es modificar el programador de E/S antes mencionado para seleccionar el algoritmo de forma predeterminada, que optimiza la capacidad de respuesta del sistema. Otro conjunto de cambios comprime el almacenamiento de intercambio y utiliza un algoritmo de almacenamiento en caché alternativo para funcionar bien con una gran carga de memoria. bfq Como uno de los conjuntos de parches mejor establecidos, es posible que ya haya un paquete en su distribución de elección listo para usar; sin embargo, la también proporciona un tutorial que explica cómo usar este kernel si necesita opciones adicionales. linux-zen documentación del proyecto Empujando FPS con kernels de juego El kernel es un conjunto especializado de parches diseñados específicamente para optimizar el rendimiento de los juegos. Exprimir tantos FPS como sea posible de una tarjeta gráfica puede ser un ejercicio extenuante, pero los cambios en el conjunto de parches tkg pueden ofrecer ganancias adicionales con cambios enfocados en piezas críticas del kernel de Linux. linux-tkg Por ejemplo, se han agregado programadores de CPU adicionales, como el programador del o el conjunto de parches . Los algoritmos de red como están habilitados de forma predeterminada, al igual que los indicadores de compilación optimizados como para exprimir el mayor rendimiento posible del código compilado. Proyecto C -ck Cake -O2 El conjunto de parches es menos ubicuo que los kernels LTS o Zen, pero los brindan una guía completa que detalla cómo compilar e instalar el kernel personalizado. -tkg pasos de instalación en GitHub El conjunto de parches proporciona un conjunto similar de funciones dirigidas a usuarios que requieren un kernel de baja latencia y alto rendimiento adecuado para casos de uso como los juegos. En cualquier caso, los kernels tkg y XanMod ofrecen una forma muy especializada de kernel de Linux que aún puede funcionar como un sistema operativo diario con beneficios adicionales en las máquinas de juego. XanMod Núcleos en tiempo real El término "computación en tiempo real" se refiere al concepto de un sistema que tiene como objetivo garantizar que ciertas operaciones se ejecuten en una ventana de tiempo determinada. Por ejemplo, un sistema que controla los frenos de un automóvil o las alas de un avión no puede permitirse el lujo de ser interrumpido por una oleada de escrituras pendientes en un disco o imágenes dibujadas en una pantalla. El proyecto proporciona un conjunto de parches que ofrecen esta funcionalidad. Si bien estas funciones suelen ser muy especializadas y no suelen ser adecuadas para aplicaciones de servidor o de escritorio, pueden ser de vital importancia en la situación adecuada. Para proyectos que tienen aplicaciones en industrias particulares, estos parches en tiempo real son una necesidad. Real Time Linux El conjunto de kernels tiene una audiencia mucho más específica, pero a menudo está más extendido que los kernels optimizados para juegos o de baja latencia debido a su importancia donde permanecen en uso. El administrador de paquetes de su distribución puede proporcionar este tipo de núcleos con nombres como o . -rt linux-rt linux-rt-lts Núcleos híbridos Hay muchos núcleos más especializados que exploramos, ¡pero estaríamos aquí todo el día! Dicho esto, hay aún más formas de personalizar un kernel utilizando los diferentes tipos de los que ya hemos hablado. Un rasgo interesante de muchos de estos parches es que a menudo se en núcleos que combinan sus funciones en un solo árbol de fuentes del núcleo. Por ejemplo, una pieza crítica de la infraestructura de mecanizado operativo puede requerir las capacidades en tiempo real de un kernel , pero también beneficiarse de la seguridad adicional de un kernel reforzado. Siempre que los diferentes parches se puedan aplicar juntos de forma limpia, nada le impide mezclar y combinar kernels adaptados a sus necesidades exactas. combinan -rt Algunas distribuciones brindan esto simplemente al combinar conjuntos de parches en el nombre del paquete del núcleo. Por ejemplo, el repositorio de usuarios de Arch Linux proporciona el paquete , que combina las características del kernel de soporte a largo plazo y en tiempo real. Ubuntu proporciona paquetes como especializados con varios cambios para optimizar el kernel para operar en AWS EC2. linux-rt-lts linux-image-*-aws Independientemente de la distribución que elija, si está interesado en ejecutar un kernel personalizado, asegúrese de explorar los paquetes de su distribución para ver los kernels disponibles. Proporcionan la forma más sencilla y rápida de comenzar con una versión especializada del kernel de Linux. ¡Adelante y Tinker! Este artículo solo ha arañado la superficie del panorama del kernel de Linux. Si bien muchos de estos núcleos están muy extendidos y se encuentran comúnmente en la mayoría de los repositorios de distribución, existen algunos conjuntos de parches más esotéricos que impulsan el núcleo aún más. Con un kernel de código abierto, incluso podría modificar el kernel usted mismo para compilar uno personalizado según sus propias necesidades, pero esa es una guía para otro momento. Hasta entonces, consulte algunos de estos recursos para obtener más información y encontrar un kernel que le gustaría probar por sí mismo. ArchWiki - Núcleo Núcleos de Ubuntu de Canonical Los archivos del kernel de Linux