Verzija dokumenta : 0.91.104
Pregled 1 (sadržaj) :
Pregled 2 (pravopis i gramatika) :
Pregled 3 (sintaksa) :
Sadržaj : 98 %

Knjiga “Uvod u Linux” napisana je unutar inicijative “Open Source Osijek”:

https://www.opensource-osijek.org

Inicijativa “Open Source Osijek” je član udruge “Osijek Software City”:

http://softwarecity.hr/

Poveznica na izvorni dokument:

https://www.opensource-osijek.org/dokuwiki/wiki:knjige:uvod_u_linux

Napomena : Moguće su pravopisne i gramatičke pogreške.Također je moguće i očekivano da će doći do izmjena pojedinih dijelova dokumenta, kao i dodavanja novih poglavlja, do trenutka izdavanja “stabilne” verzije 1.x.

Autor:Hrvoje Horvat

LinkedIn info

Naslov : Uvod u Linux i Linux napredno

Licenca i prava korištenja: Posebna licenca (navedena dolje)

Mjesto i godina izdavanja: Osijek, 2017

Verzija publikacije : 0.91

Naklada : Vlastita naklada

ISBN: 978-953-59438-7-7 (HTML-online)

DokuWiki URL (HTML):

https://www.opensource-osijek.org/dokuwiki/wiki:knjige:kratka-prica-o-mrezama-preklopnici

Ovu knjigu, u online HTML/DokuWiki formatu ali ne i u PDF ili nekom od formata za elektroničke čitaće, imate pravo koristi, umnažati, mijenjati i distribuirati isključivo u nekomercijalne svrhe. Što znači da na osnovu ove knjige možete učiti ili izvoditi praktične vježbe, samostalno ili unutar neke grupe, pod uvjetom kako se za učenje ili praktične radove ne uzima nikakav oblik naknade, osim u posebnim slučajevima uz izričitu pismenu suglasnost autora.

U slučaju da knjigu mijenjate, nova knjiga mora sadržavati:

• Poveznicu na izvornu lokaciju knjige: https://www.opensource-osijek.org/dokuwiki/wiki:knjige:uvod_u_linux,
• Popis autora izvorne knjige,
• Svi novi dokumenti koji nastanu kao modifikacija ovog dokumenta, također moraju biti distribuirani pod istim pravima.

Svaki put kada ponovo distribuirate ovaj dokument (knjigu), primatelj automatski prima licencu od izvornog vlasnika za umnažanje, distribuiranje ili mijenjanje sadržaja prema ovim obvezama i uvjetima. Ne smijete nametnuti bilo kakva daljnja ograničenja na primateljevo korištenje ovdje zajamčenih prava. Niste odgovorni za traženje zadovoljavanja ove Licence od drugih stranaka.

Ako raspoznatljivi dijelovi novog djela nisu izvedeni iz ovog dokumenta (knjige), i mogu se sami razumno smatrati nezavisnim i odvojenim djelima, onda ova Licenca, i njeni uvjeti, ne vrijede za te dijelove kada ih distribuirate kao zasebna djela. Ali ako distribuirate iste dijelove kao dio cjeline koja je djelo zasnovano na Programu, distribucija te cjeline mora zadovoljavati uvjete ove Licence, čije dozvole drugima koji su je licencirali vrijede za cjelinu, odnosno svaki njen dio bez obzira tko ga je napisao.

Dakle, ovom dijelu nije namjera da dobije prava ili da pobija vaša prava na djelo koje ste vi napisali u cjelini; namjera mu je poboljšati pravo nadzora distribucije izvedenih ili skupljenih djela zasnovanih na ovom dokumentu (knjizi).

Ne smijete umnažati, mijenjati, podlicencirati ili distribuirati ovaj dokument (knjigu) osim kako je izraženo u ovoj Licenci. Bilo kakav pokušaj umnažanja, mijenjanja, podlicenciranja ili distribuiranja dokumenta (knjige) je nezakonit, i odmah poništava vaša prava prema ovoj Licenci. Međutim, strankama koje su od vas dobile kopije ili prava pod ovom Licencom neće biti poništene licence, dok zadovoljavaju sve uvjete.

Ne morate prihvatiti ovu Licencu, pošto ju niste potpisali. Međutim, ništa vam drugo ne jamči dozvolu za mijenjanje ili distribuciju ovog dokumenta (knjige) ili iz njega izvedenih djela. Te su radnje zakonom zabranjene ako ne prihvatite ovu Licencu. Prema tome, mijenjanjem ili distribuiranjem ovog dokumenta (knjige) (ili djela na njemu zasnovanog), pokazujete svoj pristanak na ovu Licencu, i sve njene obveze i uvjete za umnažanje, distribuiranje i mijenjanje ovog dokumenta (knjige) ili djela na njemu zasnovanih.

Svaki put kada ponovo distribuirate dokument (knjigu) (ili bilo koje djelo zasnovano na njemu), primatelj automatski prima licencu od izvornog vlasnika za umnažanje, distribuiranje ili mijenjanje ovog dokumenta (knjige) prema ovim obvezama i uvjetima. Ne smijete nametnuti bilo kakva daljnja ograničenja na primateljevo korištenje ovdje zajamčenih prava. Niste odgovorni za traženje zadovoljavanja ove Licence od drugih stranaka.

Ako vam se, kao posljedicu sudske presude ili tužbe za kršenje patenta ili iz bilo kojeg drugog razloga (ne samo što se tiče patenata), nameću obveze (bilo sudskim nalogom, nagodbom, ili drukčije) u kontradikciji s uvjetima ove Licence, to ne znači da smijete kršiti uvjete ove Licence. Ako ne možete distribuirati tako da zadovoljavate istodobno i svoje obveze pod ovom Licencom i sve ostale odgovarajuće obveze, onda kao posljedicu uopće ne smijete distribuirati ovaj dokument (knjigu). Na primjer, ako patentna licenca ne dopušta slobodnu redistribuciju ovog dokumenta (knjigu) svima koji njegove kopije dobiju izravno ili neizravno od vas, onda je jedini način na koji možete zadovoljiti i nju i ovu Licencu prestanak distribuiranja dokumenta (knjige).

Autor: hrvoje.horvat1@gmail.com

U trenutku nastanka ideje o pokretanju predavanja Uvod u Linux, sredinom 2013. godine, nastala je i ideja da sva predavanja pretočimo u knjižicu, koja će rasti i razvijati se sa svakim novim predavanjem. Svako poglavlje prate i mnogi primjeri, koje slobodno možete i isprobati. Po završetku svakog predavanja dodavana su i napredna poglavlja, koja nismo pokrili u samom predavanju ali smatram kako će biti dobrodošla za one koji žele naučiti nešto više. Napredna poglavlja također prate praktično upotrebljivi primjeri, koji su odabrani, jer sam ih i sam koristio, a do kojih sam došao, nakon dugog niza godina upotrebe linuxa u praksi. Naime smatram kako su konkretni primjeri iz prakse najbolji za ukazivanje na mogućnosti koje svatko treba isprobati i na koje se treba fokusirati. Nadalje teorija i prateći primjeri, mogu vam pomoći u raznim problematičnim situacijama ili u slučajevima, kada želite optimizirati određene podsustave Linuxa.

Za one koji tek ulaze u svijet Linuxa, napredna poglavlja mogu slobodno preskočiti, dok ne savladaju osnove. Nakon završetka zadnjeg predavanja, dodavati će se i nova poglavlja i popunjavati postojeća, sa što konkretnijim primjerima iz prakse.

Za koga je ova knjiga i što sve pokriva ?

Ova knjiga obrađuje osnove rada u tekstualnom okruženju Linuxa. Namijenjena je svima koji imaju vrlo malo ili niti malo iskustva s Linuxom. Dodatno gotovo svaka važnija cjelina sadrži napredna poglavlja, tako da knjiga može biti od koristi i naprednim korisnicima u cilju detaljnijeg razumijevanja ili optimizacije Linux sustava.

U informatici su svi ili barem velika većina pojmova na globalnoj razini svima razumljivi na engleskom jeziku. Dodatno, nazivi tehnologija, alata i pojmova osmišljeni su i u širokoj upotrebi također na engleskom jeziku.

Stoga je naglasak autora kako će se uz svaki hrvatski pojam OBAVEZNO često ponavljati i izvorni pojam na engleskom jeziku, toliko puta koliko će biti potrebno da ga upamtite - namjerno, više puta nego bi to bilo “normalno”.

Važni dijelovi teksta su pisani zadebljano.

Primjeri naredbi odnosno vježbi, pisani su s posebnom pozadinom poput naredbe :

ls -al

Ista naredba u tekstu je posebno obojana, poput ls -al.

Važne napomene su vidljive u nekoliko razina:

Svi primjeri koje ćemo spominjati u knjizi, pisani su za RedHat/CentOS Linux verzije 6.x (podrška za v.6.x traje do 30.11.2020.g.). U nekim slučajevima navesti ćemo i razlike koje vrijede za RedHat/CentOS verzije 7.x.

Većina navedenih primjera radi i na drugim distribucijama Linuxa uz sljedeće napomene.

Dijelovi koji se tiču:

• Upravljanja sa servisima (daemonima) i
• Radom s paketima (RPM)

Se odnose na sve distribucije Linuxa koje su direktno bazirane na RedHatu, poput CentOS i Fedora distribucija ali i drugim distribucijama linuxa koji koriste RPM pakete, poput OpenSUSE, PCLinuxOS, Mandriva i drugi.

Dijelovi koji se tiču:

• Upravljanja i rada s procesima, baziranim na tkzv. init procesu

Odnose se na sve grane Linuxa i UNIX-a koje koriste init. Dakle najnovija generacija RedHat verzije 7.x. ili drugih Linuxa koje su init zamijenile sa systemd imaju malo drugačiji način upravljanja s procesima i servisima.

Korištenjem Linuxa i drugih sustava otvorenog koda (engl. Open Source), u odnosu na sustave zatvorenog koda (koje često nazivamo komercijalnim programima ili sustavima [što ne mora biti točno]), dobivamo sljedeće prednosti :

• Kvaliteta :

Sve komponente Linuxa, počevši od Linux kernela (jezgre) do svih programa, kao i drugih Open Source programa i sustava, razvijani su od strane stotina ili tisuća programera a testirane od strane stotina tisuća ili više programera i običnih korisnika. Svi uključeni u razvoj i testiranje (ovdje govorimo, ovisno o programu, i o stotinama tisuća ljudi), kako je praksa pokazala, vrlo brzo (višestruko brže nego kod komercijalnog softvera) su uočavali greške i ispravljali ih ili radili na poboljšanjima, optimizacijama (pr. ubrzanjima) ili dodavanju novih funkcionalnosti. Sve navedeno drastično je povećalo kvalitetu.

Ovdje možemo citirati tvorca Linux kernela : Linus Torvalds : “Given enough eyeballs, all bugs are shallow”.
Dakle ako dovoljno veliki broj ljudi gleda u određeni problem ili grešku (bug), svi problemi će vrlo brzo biti otkriveni (i riješeni).

Ako se već bavite razvojem programa, postavite si sljedeća pitanja :

• Koliki postotak ukupnog vremena u razvoju svog programa ili sustava trošite na testiranje u širem smislu riječi ?.
• Koliko vremena planirate za dokumentaciju vašeg programa i sustava ?

• Sigurnost :

Sigurnost je usko povezana s paradigmama vezanim za kvalitetu jer kao što veliki broj programera i korisnika koji razvijaju softver povećava kvalitetu, istovremeno otkriva i sigurnosne propuste i ispravlja ih (u praksi puno brže od komercijalnih rješenja). Naime niti najveće korporacije nemaju na tisuće zaposlenih programera i testera na svakom pojedinom softveru, a pošto je njihov izvorni kod skriven od javnosti nitko drugi im ne može puno pomoći - osim ukazati na problem kada se već pojavio i napravio štetu.

Ako se već bavite razvojem programa, postavite si sljedeća pitanja :

• koliki postotak vremena u razvoju svog programa ili sustava trošite na sigurnost :
  • od faze dizajna,
  • preko implementacije do svih faza testiranja ?.

• Fleksibilnost :

Komercijalnim proizvođačima programa i sustava u konačnici nije u interesu imati najbolji, najbrži, najsigurniji i najkvalitetniji program ili sustav sa svim funkcionalnostima koje neki korisnici ili grupe korisnika trebaju jer “za to treba imati puno resursa, od programera, testera, hardvera , … ”. Jedan od problema u razvoju je i fleksibilnost i koliko je vremena potrebno uložiti u razvoj, a da bi program i/ili sustav bio stvarno fleksibilan. Iza svega navedenog zapravo stoje pitanja koja su specifična kod razvoja sustava zatvorenog kôda tj. proizvođača:

• kako će vam nametnuti potrebu da plaćate nove verzije programa i sustava ako vam je postojeći dobar ili čak odličan,
• kako će vas natjerati da kupujete nadogradnje zbog novih funkcionalnosti, ali i sigurnosnih nadogradnji ili popravaka nekih (njihovih) grešaka,
• kako će vas natjerati da kupite novi hardver (računalo) ako je postojeći ili novi program ili sustav brz i optimiziran.

S druge strane Open Source sustavi ne boluju od ovakvih (i drugih) stvari te je na vama odluka kada ćete primjerice mijenjati vaš hardver (računalo) jer budimo iskreni - nova verzija Open Source programa nije napravljena na brzinu samo da se proda pa se kasnije ispravljaju (i često naplaćuju) greške a vi ste besplatni tester nečijeg programa/sustava (koji plaćate). Također, kod pisanja kôda ako vaš kod nije fleksibilan u širem smislu riječi, često će vas netko već upozoriti na to i/ili ispraviti vaš “loše” napisan kôd.

Ako se već bavite razvojem programa, postavite si sljedeća pitanja :

• Koliko je program ili sustav koji razvijate fleksibilan i koliko pazite da kôd bude moguće ponovno iskoristiti (engl. Code reuse).

• Interoperabilnost :

Open Source programi i sustavi se u praksi barem pokušavaju držati standarda te ne uvode neke svoje (izmišljene) formate datoteka, standarde, protokole i sl.. Stoga imate veću vjerojatnost da će Open Source program ili sustav koji vi koristite raditi u kombinaciji s Open Source programom i sustavom koji koriste vaši klijenti ili netko drugi. Također je velika vjerojatnost ako pr. koristite neki mrežni protokol koji je pisan prema načelima open sourcea, iz jednog izvora ili su dio jednog rješenja ili proizvoda, da će isti raditi s drugim rješenjima ili proizvodima.

Naime ovo je najviše slučaj kod raznih sustava, raznih protokola (pr. mrežnih protokola) i uređaja ali i kod programa i njihovih međusobno većinom namjerno ili ne nekompatibilnih formata datoteka.

• Podrška :

Suprotno mišljenju, podrška za Open Source programe i sustave postoji u istoj mjeri kao i za komercijalne programe i sustave.

U praksi, podrška je višestruko bolja, kvalitetnija i uslužnija za Open Source programe i sustave. Zbog nekoliko činjenica:

• Podršku za komercijalne programe i sustave pruža vam tvrtka koja je razvila taj sustav a njeni partneri zaduženi su samo za rješavanje određenih problema (kôd samog programa je i dalje u vlasništvu i dostupnosti samo tvrtke vlasnika ), pa ovdje često dolazi do razvlačenja odgovornosti (i gubljenja vremena za vas kao korisnika njihovog programa/sustava): tvrtka vlasnik programa/sustava ← › partnerska tvrtka
  • Za sve probleme koji traže angažman tvrtke vlasnika programa/sustava, pogotovo ako je to inozemna tvrtka, bez obzira da li ima predstavništvo u vašoj zemlji, ćete se prema raznim statistikama (i mom osobnom iskustvu) načekati a u dosta slučajeva, dobiti ćete rješenje problema koji ste prijavili uz cijeli niz novih problema .
• Podršku za Open Source programe i sustave, uključujući mogućnost promjena samog kôda što uključuje : popravke grešaka, dodavanje novih funkcionalnosti, raznih optimizacija prema vašim željama i sl., može vam odraditi lokalna tvrtka (iz vašeg grada/županije/države). Što je još bitnije tih lokalnih tvrtki može biti nekoliko, što dovodi do zdrave konkurencije, pa će se svi boriti da pruže bolju i kvalitetniju uslugu za vas kao korisnika nekog Open Source programa i sustava (koji vjerojatno već koriste milijuni ljudi širom svijeta i za koji također postoji podrška od strane tisuća i tisuća tvrtki širom svijeta).
  • Za sve Open Source programe i sustave podršku možete dobiti i od zajednice (engl. community) koja je i razvila određeni program ili sustav ali vrlo često je iz te zajednice i izrasla i neka fondacija ili tvrtka kojoj/kojima također možete platiti još viši (i brži) nivo podrške.

Pitanje za one koji su i dalje skeptični prema podršci za Open Source i koji bi platili (i plaćaju) “koliko god treba” :

Da li ste platili komercijalnu podršku za neki Open Source program ili sustav i ostali nezadovoljniji u odnosu na Close Source komercijalne sustave za koje (već) plaćate podršku ?

Ako i sami razvijate neki close source program ili sustav, Pitajte vaše krajnje korisnike (preko nekog posrednika), kakva je podrška za vaš program ili sustav ?

• Troškovi :

Troškovi Open Source programa i sustava su nekada i višestruko manji od troškova komercijalnih programa i sustava :

• Većina Linux operativnih sustava je besplatna ali kao što smo vidjeli, za većinu njih možete plaćati direktnu podršku (često zakladi [Fundation] ili tvrtki koja (uglavnom) stoji iza njih) ili naravno lokalnoj tvrtki. U slučaju da za kompletnu podršku plaćate lokalnu tvrtku, novac ostaje u vašem gradu/županiji/državi od poreza, prireza, plaća radnicima te tvrtke, …
• Za Linux-e za koje se plaća (pr. RedHat, SuSe , … ) cijena je puno manja od drugih komercijalnih operativnih sustava, a uz tu cijenu dobivate i određenu osnovnu podršku, koja je prema mnogima [i meni],puno bolja,brža i kvalitetnija. Osim toga možete nadoplatiti i za dodatnu podršku ili jednostavno kupiti samo Linux uz osnovnu podršku a za sve ostalo, podršku platiti lokalnoj tvrtki.
• Ostali programi su besplatni za osobnu i/ili komercijalnu upotrebu, za sve njih također možete plaćati podršku, po sličnom modelu kao i za Linux.
• Troškovi potencijalnog školovanja ljudi u vašoj tvrtki zbog prelaska na Open Source programe i sustave i cjelokupne migracije na Open Source: kada se sve zbroji, moguće je nekoliko scenarija uz određene varijacije:
  • Troškove školovanja i migracije plaćate ili odrađujete sami, početni troškovi su manji a dugoročni troškovi su višestruko manji
  • Troškove školovanja i migracije plaćate (lokalnoj tvrtki), početni troškovi su isti ili približni a dugoročni troškovi su višestruko manji
  • Troškove školovanja i migracije plaćate (lokalnoj i/ili inozemnoj tvrtki), početni troškovi su isti ili zanemarivo veći a dugoročni troškovi su manji.

Lista nekih od Open Source programa i sustava, prema kategorijama, vidljiva je na našoj stranici: https://www.opensource-osijek.org/wordpress/najpoznatiji-projekti/

Nakon, po nekima samo teorije, o prednostima upotrebe Linuxa i drugih sustava otvorenog koda, pogledajmo primjere upotrebe u praksi. Naime sve veći broj država i državnih agencija od Sjedinjenih Američkih Država, preko Europe do Japana, sve više koristi Linux kao i razne druge programe i sustave bazirane na principima otvorenog koda. Ne zaboravimo i sve veći broj tvrtki: od najvećih korporacija do malih tvrtki sa svega nekoliko zaposlenih.

Krenimo od upotrebe Linuxa na mjestima koja će vas možda i začuditi

Državne agencije i ministarstva :

• Ministarstvo obrane Sjedinjenih Američkih Država (U.S. Department of Defense):
  • Koriste RedHat Linux, prema nekim izvorima ovdje je za RedHat Linux najveći broj instaliran računala unutar jedne tvrtke ili institucije
• Mornarica Sjedinjenih Američkih Država : Flota nuklearnih podmornica (U.S. Navy Submarine Fleet):
  • Poznato je da koriste Linux baziran na Red Hat Linuxu
• Federalni sudovi (U.S. Federal Courts) u Sjedinjenim Američkim Državama
• Savezna uprava za civilno zrakoplovstvo (Federal Aviation Administration) Sjedinjenih Američkih Država
• Francuski parlament:
  • Koriste Ubunut Linux sa OpenOffice paketom, instalirano je ~1.100 računala
• Španjolska (većina državnih institucija i agencija)
  • Napravili su svoju distribuciju Linuxa, baziranu na Debian Linuxu, naziva : LinEx
• Pošta Sjedinjenih Američkih Država (U.S. Postal Service):
  • Svi poslužitelji su migrirani na Linux : preko 900 Clustera sa Linux poslužiteljima, širom države
• Češka pošta :
  • Koriste SuSe Linux sa 4.000 Poslužitelja i 12.000 računala
• Njemačka : Grad Minhen, migrirao ~15.000 stolnih računala sa Microsoft Windows na Linux
• Nizozemski sustav za Ministarstvo unutarnjih poslova (Internet Research and Investigation Network (iRN)) :
  • Koriste Ubuntu Linux na ~2.200 računala
• Njemački nacionalni sustav za zapošljavanje (Bundesagentur für Arbeit)
  • Koriste OpenSuSe Linux na ~13.000 računala
• NASA (National Aeronautics and Space Administration), od poslužitelja i stolnih računala do drugih sustava (pr. Space Shuttle misija STS-83 je koristila Linux za kontrolu eksperimenata).
• Sustav napredne kontrole prometa u gradu San Francisco
• Japanski vlakovi tkzv “Bullet Trains” tj. “Shinkansen” uz sustav kontrole i nadzora vlakova i cijelog sustava, koristi Linux

Školstvo :

• Brazilsko školstvo:
  • Koriste Linux na : 520.000 Računala u 50.000 škola širom države
• Njemačka Sveučilišta :
  • Koriste SuSe Linux za poslužitelje i desktop računala u 33 sveučilišta, za 560.000 studenata
• Savezna Država Indiana (SAD), školski sustav :
  • Koriste Linux za 22.000+ studenata i učenika
• Italija, regija Bolzano : školski sustav sa 16.000 studenata i učenika
• Makedonija : školski sustav
  • Linux stolnih računala : 5.000 i 180.000 Ubuntu Thin Client računala
• Rusija : cijeli školski sustav i sve državne institucije :
  • Plan je nabavka ~700.000 stolnih računala i ~300.000 poslužitelja upogonjenih Linuxom i Open Source programima, baziranih na Baikal CPU (inicijalni plan je bio ARM arhitektura bazirana na ARM Cortex-A57 ali je napravljen zaokret i odabrana je MIPS arhitektura bazirana na : MIPS Warrior P5600) (6.mj.2015).
• Švicarska: pojedini kantonalni školski sustavi :
  • Koriste Linux s OpenOffice paketom : Ženevski kanton : ~9.000 računala
• …

Neke od velikih tvrtki ili korporacija koje koriste Linux i OpenSource za poslovanje:

• Google : na poslužiteljima i stolnim računalima
• IBM : na poslužiteljima i stolnim računalima
• Panasonic : na poslužiteljima i stolnim računalima
• Cisco : na poslužiteljima i stolnim računalima
• Amazon : za skoro svaku komponentu poslovnog sustava se koristi Linux, kako su i sami izjavili : “everything that happens in them is driven by Linux”
• Virgin America : sustav za zabavu unutar zrakoplova “in-flight entertainment system”
• Peugeot :
  • Koriste: 20.000 Novell Desktop Linuxa i 2.500 SuSe Linux Enterprise Server
• Wikipedia
• Burza u New York-u (New York Stock Exchange) :
  • Koriste Red Hat Enterprise Linux
• Londonska burza
• Toyota :
  • Odjeli prodaje koriste Linux za oko 30. različitih sustava: od sustava za naručivanje dijelova, garancije, popravke , ….
  • Komunikacijski sustav i sustav elektroničke zabave unutar vozila (In-Vehicle-infotainment (IVI) systems) koriste Linux
• Facebook
• Twitter
• Siemens
• McDonalds
• Deutsche Bank
• Bank of America
• Bank of New York
• DreamWorks
• NTT Telekom grupa (Nippon Telegraph and Telephone Corporation) - vlasnik preko 30 telekom tvrtki širom svijeta
• Morgan Stanley, Goldman Sachs,
• …

Osim navedenog i većina najjačih superračunala u svijetu koristi Linux.

Dobro, mnoge državne institucije i tvrtke sve više koriste programe i sustave otvorenog koda ali tko još (pametan) od tvrtki razvija ovakve sustave?.

Navesti ću samo nekoliko velikih tvrtki koje su najviše uložile u programe i sustave otvorenog koda:

IBM

• Uložio je nekoliko milijardi američkih dolara u servise i programe bazirane na Linuxu, kroz Linux Technology Center koji uključuje 300+ stalno zaposlenih Linux programera.
• Donira 40 milijuna američkih dolara u Eclipse (http://www.eclipse.org) (12.5+ milijuna linija kôda).
• Ulaže u “Open Source Initiative” (http://opensource.org).
• Donira u razvoj “Java-base relational database management system” (RDBMS) Apache Derby (http://db.apache.org/derby).

SUN Microsystems

• 1990. razvija programski jezik Java koji 1995.g. predstavlja javnosti te 2007.g. licencira pod GPL licencom (6.5 milijuna linija koda).
• 1999. kupuje njemačku tvrtku StarDivision za 73.5 milijuna američkih dolara i između ostaloga, s njom “StarOffice” kojeg kasnije Sun objavljuje kao OpenOffice pod LGPL i SISSL licencama (~10. milijuna linija koda).
• 2005. je razvio i pokrenuo GlassFish (aplikacijski server) kao open source projekt.
• kasnije 2005 godine kupuju tvrtku “Storage Tek” za 4.1 milijarde US$ te 2008 objavljuje kôd “Sun Storage 7000 Unified Storage systems” koji je baza za razvoj ZFS-a koji je kombinacija datotečnog sustava i “volume nanagera”.
• 2005. objavljuje izvorni kôd kernel i network dijela operativnog sustava Solaris, potom pokreće OpenSolaris s istim kodom pod CDDL licencom, kasnije uključuje i DTRACE, ZFS, Solaris Containers i druge tehnologije (2+ milijuna linija koda).
• 2008. kupuje tvrtku MySQL AB sa MySQL bazom podataka za 1 milijardu američkih dolara. Kasnije izdaje MySQL pod GPL licencom.
• …

Google

• 2005. kupuje tvrtku Android Inc. te s njom dobiva Android operativni sustav.
• 2007. izdaje Android pod Apache 2.0 licencom (10+ milijuna linija koda).
• 2008. razvija Google Chrome web preglednik te isti izdaje pod nazivom Chromium u open source (2+ milijuna linja koda).
• Razvija Chrome/Chromium OS.
• Razvija Google Web Toolkit (300.000+ linija koda).
• Google Summer of Code (GSoC) je godišnji događaj, prvi puta održan 2005. U njemu Google nagrađuje sa 5,000 američkih dolara (u 2013.) stotine studenata koji uspješno završe zadane open source projekte do kraja događanja.

RedHat

• Praktično živi od Open Source filozofije.
• Ukupni prihodi tvrtke :
  • U 2012 : 1.13 milijardi U$,
  • u 2014 : 1.53 milijardi U$,
  • u 2015 : 1.79 milijardi U$,
  • u 2016 : 2.05 milijardi U$
• Red Hat Enterprise Linux (RHEL) je dostupan samo kroz pretplatu, koja uključuje pristup softveru (ISO image) i zakrpama te raznim nivoima tehničke podrške (ovisno o vrsti pretplate). Proizvod se sastoji većinom od programa koji se distribuiraju kroz open source licence.
• Cijeli kôd za sve programske pakete RedHat Linuxa je javno dostupan: ⇒ CentOS Linux koristi isti taj kôd za izradu svoje distribucije Linuxa.
• razvili su (i napisali) ~12% od cijelog Linux kernel kôda (prema broju linija koda), na kojem su bazirani svi Linuxi.
• JBoss (aplikacijski Server) (2+ milijuna linija koda), izdan pod LGPL licencom.
• Red Hat sponzorira Fedora projekt (community verziju Red Hat Enterprise Linux).

Microsoft

• Microsoft je na 21. mjestu po sudjelovanju u razvoju Linux kernela (~1% udjela, prema broju linija koda).
• Shvaća prednosti razvoja prema principima Open Source: http://opensource.mscommunity.hr :“Microsoft Hrvatska 5. lipnja 2013. organizira prvu Microsoft Open Source konferenciju u suradnji sa Sveučilištem u Zagrebu, koja je namijenjena upravo vama. Microsoft je kao tvrtka proširio svoju filozofiju i sve više pridonosi open source zajednicama tako da promiče developersku suradnju kako bi se lakše razvijala i održavala interoperabilna IT rješenja.”
• Početkom 2015 objavljuje “.NET Core”, u open source-u. u to je uključeno:
  • C# i Visual Basic
  • Visual F# Tools
  • ASP .NET 5
• Nekoliko mjeseci nakon otvaranja “.NET Core”-a, open source zajednica pronašla je i riješila na stotine bugova te razvila nove funkcionalnosti.

Apple

• Sredinom (ljeto) 2015 objavljuje da će programski jezik “Swift” odnosno “Swift 2”, koji je nasljednik ili više zamjena “Objective-C” biti u potpunosti izdan kao open source. Programski jezik Swift će se koristiti za razvoj aplikacija za OS X i iOS, te će raditi na Linux OS-u. Ovo znači da će od sada biti moguće razvijati aplikacije za OS X ili iOS na Linux-u.

Što je s malim tvrtkama ?

Osim navedenih velikih igrača, veliki broj malih tvrtki je osnovan na bazi poslovnog modela koji obuhvaća neke (ili sve) segmente komercijalne upotrebe “Open Source” programa i/ili sustava:

• Pružanja tehničke podrške za kupce,
• Razvoja i optimizacije prema potrebama klijenata (kupaca),
• Razvoja zasebnih komercijalnih “Close Source” ili “Open Source” aplikacija za postojeći “Open Source” program ili sustav,
• Integracija sustava kod kupca,
• …

Za sve koji žele vidjeti komentare i iskustva ljudi koji su najviše doprinjeli razvoju Open Source inicijative, iz prve ruke, preporučujemo da pogledaju dokumentarni film : Revolution OS : IMDB : http://www.imdb.com/title/tt0308808/

U dokumentarcu nam svoja iskustva govore :

• Richard M. Stallman (Programer, tvorac Free Software Movement i GNU projekta)
• Linus Torvalds (tvorac Linux kernela)
• Eric Steven Raymond (Programer UNIX programa, kasnije i GNU/LINUX i autor knjige “The Cathedral and the Bazaar” ,suosnivač “Open Source Initiative (OSI)”)
• Bruce Perens (tvorac definicije Open Source, Programer i suosnivač Open Source Initiative (OSI))
• Larry Augustin (Suvlasnik/Osnivač tvrke VA Linux Systems)
• Michael Tiemann : suosnivač je tvrtke Cygnus Solutions koja je razvila i Cygwin, autor je GNU C++ prevoditelja (Engl. Compiler), GNU C prevoditelja i GNU Debuggera, bio je predsjednik Open Source Initiative, tehnički direktor u tvrtki RedHat, član savjetodavnog odbora za GNOME projekt, član je odbora za Embedded Linux Consortium , , …
• …

Dodatno preporučujemo i :

• dokumentarna mini serija : The Triumph of the Nerds: The Rise of Accidental Empires, IMDB http://www.imdb.com/title/tt0115398/
• dokumentarni film Secret History of Hacking, IMDB http://www.imdb.com/title/tt2335921/?ref_=nv_sr_1
• dokumentarna mini serija : Discovery Channel – Rise of the Video Game, http://richardhuskey.com/2012/10/03/rise-of-the-video-game/

Ako se bavite razvojem softvera (ne nužno i Open Source), preporučujem da pročitate knjižicu (~35 stranica) koja je promijenila stavove mnogih tvrtki o Open Sourceu. Autor knjige je Eric Steven Raymond, koji je od sredine 1980 radio na razvoju raznih programa za Unix:

• Net Hack (igra),
• Razne komponente Emacsa,
• xlife
• kasnije je radio i na igri The Battle for Wesnoth,
• ..

On je praktično cijelo desetljeće radio na razvoju Unix programa ustaljenim i stabilnim metodologijama razvoja (poput Katedrale kako i sam kaže) a odatle i naziv knjige. Nakon toga krenuo je u avanturu razvoja programa metodologijom koju je preporučio Linus Torvalds, a koju on naziva modelom tržnice (engl. Bazaar).Dakle razvoja u kojem sudjeluje veći ili veliki broj ljudi, od kojih svatko često objavljuje promjene koda, … ali o tome u knjizi. On nam opisuje svoja iskustva i probleme uz rješenja, na koje je nailazio u razvoju e-mail klijenta (Fetchmail) na kojem je počeo raditi.

Njegova knjiga je i po mnogima uzrokovala odluku tvrtke Netscape Communications Corporation koja je tvorac, u to vrijeme, najboljeg Web preglednika, da kompletan kôd Netscape Navigator preglednika, daju u Open Source i otvore Mozilla fondaciju.

Taj potez je kasnije otvorio vrata za razvoj današnjih preglednika baziranih na Mozilla Firefox pregledniku koji je razvijan unutar fondacije Mozilla.

Knjižica se zove : The Cathedral and the Bazaar , možete ju potražiti na internetu : njena izvorna verzija se može pronaći na : http://www.unterstein.net/su/docs/CathBaz.pdf ⇒ Postoji i proširena verzija od stotina stranica, koja je naravno komercijalna i zanimljiva ali mislim da je za razumijevanje svega dovoljna i ova izvorna verzija.

Priču o Linuxu moramo započeti puno prije njegovog vremena nastanka, točnije nekih dvadesetak godina ranije.Ona počinje s razvojem Unix operativnih sustava.

Što je toliko posebno oko UNIX-a ?.

Razne varijante UNIX-a su u upotrebi već nekoliko desetaka godina te provjerene u radu u raznim industrijskim i drugim zahtjevnim okruženjima (telekomi, banke, industrija , vojska, … ).

• Tisuće programa koji čine UNIX/Linux su također u vrlo dugoj upotrebi te su ispolirani, testirani i višestruko optimizirani u radu.

Operacijski sustav Unix razvili su znanstvenici Ken Thompson i Dennis Ritchie u tvrtki AT&T, točnije radeći u njihovoj sestrinskoj tvrtki Bell Laboratories krajem 1969 godine. Prva radna verzija nastala je početkom 1970 godine. Prve verzije UNIXa su bile razvijane u programskom jeziku Assembler a kasnije, negdje tijekom 1972, cijeli Unix je napisan od početka, korištenjem programskog jezika C.

Prelaskom na programski jezik C povećala se portabilnost softvera, odnosno samog UNIXa i na druge platforme odnosno arhitekture procesora.

Naime programski kod pisan u programskom jeziku Assembler je čvrsto vezan za arhitekturu procesora te ga je bilo gotovo nemoguće ili vrlo teško prepisati za neku drugu arhitekturu. Prelazak na programski jezik C je pojednostavio ovaj proces, pri čemu je zadržana brzina rada.

Danas se Unix koristi na različitim arhitekturama procesora poput:

• x86
• PowerPC
• mips
• SPARC
• ARM
• …

Krajem 1970 te početkom 1980 tvrtka AT&T licencirala je Unix drugim tvrtkama, koje su krenule s razvojem svojih verzija Unixa.

Na slici je vidljiv razvoj raznih verzija Unix operacijskog sustava od 1970 godine do danas.

^{Izvor slike : https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_Unix#/media/File:Unix_history-simple.svg
Autor : Levenez Unix History Diagram, Information on the history of IBM's AIX on ibm.com “User:Eraserhead1, Infinity0, Sav_vas”}

Neke od inačica UNIXa, koje su i danas u upotrebi su:

• BSD Unix (Berkeley Software Distribution) - razvijen u Kalifornijskom sveučilištu Berkeley
  • FreeBSD baziran na BSD Unixu
    • DragonFly BSD baziran na FreeBSDu
    • JunOS - baziran na FreeBSD, razvijen u tvrtki Juniper Networks
    • NeXTSTEP (kasnije Mac OS/IOS) - razvijen u tvrtki NeXT Computer, kasnije kupljen od tvrtke Apple
  • NetBSD baziran na BSD Unixu
  • OpenBSD baziran na BSD Unixu
  • TrueOS baziran na BSD Unixu
• SUN OS (kasnije Solaris) - razvijen u tvrtki Sun Microsystems, sada u vlasništvu tvrtke Oracle
• IRIX - razvijen u tvrtki Silicon Graphics
• HP-UX - razvijen u tvrtki HP
• AIX - razvijen u tvtki IBM
• Digital UNIX - razvijen u tvrtki DEC (Digital Equipment Corporation), kasnije Compaq, danas HP
• QNX - razvijen u tvrtki “Quantum Software Systems”, kasnije “QNX Software Systems”, potom “BlackBerry”
• Minix (Nastao od riječi “mini-Unix”) - razvijen od strane “Andrew S. Tanenbaum
• …

Detaljniji razvoj UNIXa od 1969 do danas vidljiv je u ovom dokumentu (koji se stalno osvježava) :

http://www.levenez.com/unix/unix.pdf

Za Unix možemo reći

• Kako podržava “Multitasking” odnosno izvršavanje više zadataka (programa) istovremeno,
• Kako podržava višekorisnički rad – moguć je rad više korisnika istovremeno,
• Kako je interaktivan, što znači da je izvođenje naredbi trenutno.

Što je specifično za sve UNIXoidne operacijske sustave ?

Svi Unixoidni operacijski sustavi imaju zajedničko nekoliko stvari:

• koriste hijerarhijski datotečni sustav, sa definiranom i razrađenom strukturom direktorija
• konfiguracijske datoteke za sve programe i komponente sustava su “obične” tekstualne datoteke
• svi uređaji - od diskova (CD/DVD, tvrdih ili SSD), preko mrežnih, grafičkih i drugih kartica su također datoteke (doduše posebna vrsta). Stoga se komunikacija sa svim uređajima (hardverom) svodi na rad s datotekama (pisanjem ili čitanjem u ili iz njih). Čak se i komunikacija između procesa tj. IPC (inter-process communication) svodi na rad s datotekama.
• bilo koji program se može pokrenuti u kombinaciji s drugim programima, na način u kojemu se obrađeni podaci koje nam daje prvi program mogu proslijediti drugom programu, a ono što je on obradio, može se poslati trećem i tako dalje, stvarajući nove mogućnosti. Bez potrebe za pisanjem novog programa, već kombinirajući funkcionalnosti postojećih programa. Ova mogućnost se zove Pipe ili cijev za komunikaciju te izgleda ovako :

program 1 | program 2 | program 3

Osnovna filozofija Unixa kaže :
Everything is a file – Sve je datoteka i prema tome baratanje sa samim operacijskim sustavom, njegovim aplikacijama i njegovim hardverom je vrlo jednostavno. Nadalje moguće je skriptirati i automatizirati svaki djelić sustava, prema potrebi, upotrebom shell skripti.

Za razumijevanje razvoja Linuxa bitno je razumjeti i razvoj sustava otvorenog koda (Engl. Open Source). Naime 1983. godine - pokreće se Free Software Movement te godinu dana kasnije (1983/84) Richard Stallman pokreće GNU projekt koji 1984 kreće s razvojem prvih programa.

Želja je bila sve programe koji postoje u komercijalnim Unix operativnim sustavima napisati “od nule”, ne koristeći niti jednu liniju koda od izvornih programa, jer bi to bilo kršenje autorskih prava. Dakle željelo se napisati nove programe s istom ili proširenom funkcionalnosti, od postojećih i objaviti ih pod nekom od licenci otvorenog koda.

Veći dio ovog posla, a ovdje govorimo o tisućama programa, je dovršen negdje u toku 1992. godine.

Neovisno o razvoju FSF i GNU 1991. godine Linus Torvalds razvija jezgru (Engl Kernel) i slijedi logičan korak odnosno povezivanje tisuća programa pisanih unutar GNU pokreta i samog kernela. Od tog trenutka povezano je sve što je bilo potrebno za stvaranje novog operativnog sustava danas poznatog pod nazivom Linux (nekada se naziva i GNU Linux).

Od tada do danas pojavile su se razne varijante Linuxa, od kojih su se ustalile tri značajnije grane, na osnovu kojih su nastali na deseci drugih Linux distribucija:

• Debian
• RedHat
• Slackware

Nešto više detalja možete vidjeti u našem predavanju o open source-u: : https://www.opensource-osijek.org/wordpress/predavanja/etfos-predavanje-sto-kako-i-zasto-open-source/

Počeci Linuxa
Linux se od prve verzije ili takozvane distribucije, nastavio razvijati preko nekoliko glavnih distribucija, što je vidljivo na slikama (1)

Distribucije bazirane na Debian Linuxu, koji koristi .deb format paketa te dpkg package manager i pripadajuće frontend programe.

Distribucije bazirane na RedHat Linuxu, koji koristi .rpm format paketa te rpm package manager i pripadajuće frontend programe.

Distribucije bazirane na Slackware Linuxu, koji koristi .txz format paketa te Tzv. pkgtools alate, kao i pripadajuće frontend programe.

Pogledajmo i cijelo stablo najčešće korištenih i najrasprostranjenijih distribucija Linuxa:

Lista gotovo svih distribucija Linuxa, nalazi se na : https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Linux_distributions.

Linux pristupa hardveru na vrlo niskoj razini te je za razumijevanje njegovog ali i rada bilo kojeg drugog operacijskog sustava, potrebno i razumijevanje rada samog računala. U poglavljima koja slijede upoznati ćemo se s osnovama arhitekture i rada računala.

Svako računalo se sastoji od :

• Centralnog procesora (CPU)
• RAM memorije
• Tvrdog diska (ili SSD diska)
• Mrežne kartice (i drugih kartica)
• Optičkog uređaja (CD/DVD-ROM) i
• Vanjskih uređaja : Monitor, miš, Tipkovnica, pisač, skener i sl.

CPU odrađuje sve :

• Aritmetičke operacije,

poput zbrajanja, oduzimanja, množenja, dijeljenja i drugih matematičkih operacija

• Logičke operacije poput : I (AND), ILI (OR), NE (NOT) , NI (NAND) , NILI (NOR) , XILI (XOR) , XNILI (XNOR).
• Kontrolne operacije - za koje je zadužen dio koji se zove “Control unit (CO)”) a koji na osnovi programskih instrukcija nalaže svim ostalim jedinicama (Aritmetičko-logičkoj, Ulazno/izlaznoj i Memoriji) što i kako da odrade.

• Ulazno/Izlazne operacije,

Možemo reći kako je CPU jezgra svakog računala. On je zadužen za pokretanje, rad i kontrolu cijelog sustava, počevši od njegovog učitavanja s tvrdog diska, SSD diska ili nekog drugog medija poput CD/DVD-ROM, USB stick ili sličnih, do učitavanja operacijskog sustava sa svim upravljačkim programima te pokretanja i rada svih programa i aplikacija.

Pogledajmo osnovnu logičku arhitekturu računala :

Kao što je vidljivo iz slike, sve komponente računala su povezane preko sabirnice.

Većina navedenih komponenti računala, nalazi se na matičnoj ploči (Engl. Motherboard). Druge komponente, poput tvrdog diska, CD/DVD-ROM i drugih uređaja poput grafičke ili mrežne kartice, se spajaju zasebno, svaka na svoje sučelje, odnosno konektor, na matičnoj ploči. Tako se grafička ili mrežna kartica obično spajaju na PCI Express ili PCI sabirnicu odnosno na njen utor. S druge strane klasični tvrdi disk ili SSD disk te CD/DVD-ROM uređaji spajaju se na ATA ili SATA kontroler na matičnoj ploči, preko posebnog ATA ili SATA kabela te dodatnog kabela za napajanje, sve ovisno je li njihovo sučelje ATA ili SATA vrste.

Matična ploča (engl. Motherboard) je centralni dio svakog računala. Na njoj se nalaze sve važne komponente za funkcioniranje cijelog računala, poput:

• CPUa (centralnog procesora)
• RAM memorije
• Disk kontrolera (obično ATA ili SATA tipa)
• serijskih i paralelnih sučelja
• USB kontrolera i USB sučelja
• zvučna kartica
  • a ponekada su integrirani i :
    • grafička kartica
    • mrežna kartica

Kako bi razumjeli rad računala, pogledajmo logičku shemu malo starijeg dizajna matične ploče s pripadajućim CPUom (Intel Core 2 Duo E8500) i njegovim chipsetom (Intel Q45 i ICH10) :

Na ovoj logičkoj shemi se vidi pozicija svih važnih dijelova matične ploče. CPU (Central Processing Unit) ili centralni procesor (na vrhu slike) komunicira s ostatkom računala, preko posebne vrste sabirnice. Ova sabirnica povezuje CPU sa tzv. chipsetom, a koji je na ovoj generaciji procesora (odnosno u to vrijeme), bio podijeljen u dva dijela.

• Northbridge dio :
  • Ovaj dio chipseta, koji je izveden na zasebnom chipu i nalazi se najbliže procesoru, se naziva i Memory Controller Hub. On je zadužen za komunikaciju između procesora i memorije. Stoga se u njemu nalazi i memorijski kontroler. Osim toga on je zadužen za rad druge vrste sabirnice visoke propusnosti, koja se uglavnom koristi za potrebu spajanja grafičke kartice (u ovom slučaju je to PCI Express v.2.0 , x16), ili drugih kartica koje zahtjevaju vrlo veliku propusnost. Zadnja uloga ovog dijela chipseta je komunikacija s drugim chipsetom.
• Southbridge dio, također izveden kao zaseban chip ili komponenta, komunicira s gore navedenim chipsetom, također preko posebne sabirnice. Ovaj dio chipseta se naziva i I/O controller Hub. Njegova namjena je trostruka:
  • Upravljanje i komunikacija s drugim sabirnicama, poput PCI ili PCI Express (ali x4 ili x1) koje su znatno sporije od sabirnice kojom upravlja Northbridge chipset.
  • Unutar njega se obično nalaze i disk kontroleri za ATA (poznat i kao PATA) ili SATA diskove,
  • mrežna kartica, USB kontroler a često i zvučna kartica.
  • Veza sa LPC (Low Pin Count) sabirnicom na koju su preko tkzv. Super I/O kontrolera spojeni uređaji koji za svoj rad trebaju vrlo male brzine komunikacije, popu serijskih ili paralelnih portova, PS/2 portova za spajanje miševa i tipkovnica, kao i BIOS (ROM) računala, koji također radi na vrlo maloj brzini pa mu nije potrebna brža sabirnica

Pod zajedničkim nazivnikom cijeli chipset je zadužen za komunikaciju između procesora i memorije te svih ostalih komponenti sustava. Od disk kontrolera i diskova, preko sabirnice do grafičke, mrežne, zvučne i drugih kartica. Te od USB do serijskih, paralelnih i drugih sučelja (portova). Dakle možemo reći kako sprega procesora i chipseta čine matičnu ploču.

Mana ovakvog dizajna se pokazala zbog potrebe za sve većim brzinama komunikacije između procesora i Northbridgea jer je povećanjem brzine obrade podataka novijih procesora bilo potrebno ubrzati i komunikaciju s RAM memorijom ali i s vrlo brzom PCI Express sabirnicom - za spajanje grafičkih i drugih super brzih kartica.

Pogledajte i stvarnu sliku procesora koji pripada generaciji s ovakvim dizajnom (CPU + Northbridge + Southbridge).

Na slici je Intel Pentium 4 (Prescott 2M ) radnog takta 3.2GHz, FSB 800MHz, sa 2MB priručne (Engl. Cache) memorije :

Prednja strana CPUa:

Stražnja strana CPUa:

_{Autor slika CPU-a : (Eric Gaba – Wikipedia)}

Pogledajte i sliku pripadajuće matične ploče za Intel Pentium 4 (Prescott) 640 CPU :

Opis:

1. BIOS i LPC sučelje
2. SATA sučelja
3. Southbridge chip
4. PCI utori (PCI sabirnice)
5. Kontroler (Chip) mrežne kartice
6. PCI-Express (x4 i x16) utori (PCI Express sabirnice)
7. Vanjski konektori : VGA, LAN, Audio, Serijski i paralelni portovi, USB , PS/2
8. CPU utor : Socket 775 utor za Pentium 4 Prescott 2M procesor
9. Northbridge chip (s aluminijskim hladnjakom)
10. Utori za RAM memoriju (DDR-400)
11. Super I/O kontroler Chip
12. Floppy disk konektor (34.pin)
13. ATA (PATA) disk konektor (40. pin.)

Sada probajte usporediti komponente koje su označene u opisu, s onima koje smo opisali u teoriji, na samom početku ovog poglavlja.

A sada pogledajmo noviju generaciju CPU (Intel i5 6500) i njegov pripadajući chipset (Z170)

U najnovijim generacijama procesora i chipseta, ovaj problem je riješen tako što je memorijski kontroler (MMU) prebačen unutar samog procesora. Osim toga i kontroler zadužen za super brzu PCI Express sabirnicu se sada također nalazi unutar procesora. Dakle sva funkcionalnost Northbridgea je integrirana unutar samog procesora.

Sada je sljedeći logičan korak bio ubrzati i vezu sa Southbridge dijelom chipseta, što je i učinjeno. Samim time je i “Southbridge” dobio veću propusnost pa je u mogućnosti da poveća propusnost prema PCI Express sabirnici za koju je zadužen (x4 i x1). Nadalje povećane su i brzine rada SATA kontrolera, prema novim standardima (SATA 3 , koji sada omogućavaju brzinu od 600MB/s po disku), USB portova (koji sada podržavaju USB 3.0 standard koji omogućava brzinu od 625MB/s) i sl.

U novom dizajnu je zadržana LPC sabirnica za komunikaciju sa Super I/O : serijski i paralelni portovi, BIOS i sl.

I na kraju priče o sabirnicama, pogledajmo brzine PCI, PCI-X i PCI Express sabirnnica, na koje spajamo različite kartice (mrežne, SAS/SATA, zvučne i druge).

Sada pogledajmo brzine sabirnica, na koje spajamo mrežne (i druge) kartice.

Starije vrste sabirnica (PCI i PCI-X)

Novije sabirnice (PCIe - PCI Express), kod kojih se komunikacija odvija prema Tzv. komunikacijskim kanalima ili trakama (Engl. Lane), svaki kanal je dvosmjeran, i zapravo se sastoji od dva kanala (para) jedan za primanje i jedan za slanje podatka.

Maksimalne brzine su prema tome (sa 16 traka):

Za ostale brzine (x2,x4 i x8) si izračunajte sami. U svakom slučaju, važno je kako sabirnica mora biti dovoljno brza kako bi podnijela brzine svih kartica koje ugrađujete u računalo odnosno poslužitelj.

Tipkovnica pripada kategoriji ulaznih uređaja. Bez obzira na vrstu ili način spajanja, bilo to preko PS/2, USB ili nekog drugog konektora, rad svih tipkovnica je isti.

Sve tipkovnice na sebi imaju tipke na kojima su ugravirana ili otisnuta slova, brojevi i posebni znakovi. Osim osnovnih tipki, postoje i tipke za posebne namjene:

• poput funkcijskih tipki (F1 do F12)
• tipke za prebacivanje između velikih i malih slova (Engl Caps lock)
• tipki s posebnom funkcionalnošću kao što su : Shift, Ctrl, Alt , Alt Gr , Print Scrn , SysRq , ESC
• te ostalih tipki poput : Insert, Delete, Home , Pause/Break, SysRq i drugih
• i numeričkog dijela tipkovnice, s brojevima i osnovnim matematičkim operatorima,

Izgled standardne tipkovnice s “Engleskim” i to “QWERTY” rasporedom tipki, vidljiv je na slici dolje:

Slika je preuzeta sa : https://en.wikipedia.org/wiki/File:Qwerty.svg

Tipkovnica se sastoji od :

• tipki i pripadajućih prekidača (sklopki)
• mikrokontrolera tipkovnice
• utikača (PS/2, USB , …)

Tipkovnica se sastoji od tipki ispod kojih se nalaze prekidači odnosno sklopke. Bez obzira da li se radi o membranskoj, mehaničkoj ili nekoj drugoj tipkovnici, pritiskom na tipku, aktivira se njen prekidač, koji zatvara strujni krug koji predstavlja tu tipku. Tako pritisnut prekidač mikrokontroleru (procesoru tipkovnice) daje podatak o poziciji tipke koja je stisnuta.

Slika prikazuje logičku shemu rada tipkovnice:

Mikrokontroler tipkovnice na osnovi pozicije stisnute tipke, odnosno reda i stupca strujnog kruga kojeg zatvara pojedina pritisnuta tipka, “zna” koja je tipka stisnuta.

Svaka tipka stiskanjem zatvara strujni krug određenog reda i strujni krug određenog stupca kao što je vidljivo na slici gore. Tako se prema slici gore, stiskanjem tipke Q zatvaraju strujni krugovi prvog reda i prvog stupca. Drugim riječima svaka tipka stiskanjem zatvara strujne krugove “x” i “y” osi. U ovom pojednostavljenom primjeru dobilo bi se očitanje pozicije (koordinata): x1, y1.

Dodatno budimo svjesni činjenice kako se stisnuta tipka ne očitava isti tren kada je stisnuta već u prvom slijedećem intervalu u kojemu ju očita mikrokontroler tipkovnice.

To znači da kod najsporijih modela USB tipkovnica, ako ste stisnuli tipku a tek je prošao vremenski interval skeniranja, potrebno je do 33 ms (33 tisućinke sekunde) da kod slijedećeg intervala skeniranja, stisnuta tipka bude registrirana.

Kada je tipka očitana od mikrokontroler tipkovnice, on gleda u svoju matricu tipki (Engl. Key matrix), da bi pronašao koja je tipka stisnuta. Potom ju uspoređuje s tablicom koja se zove Character Map tablica a koja je pohranjena u njegovoj ROM memoriji. Tako se dobiva Character code odnosno jedinstveni kod za stisnutu tipku.

Mikrokontroler tipkovnice tada traži signal prekida (Engl. Interrupt request) od centralnog procesora (CPU).

Kernel operacijskog sustava “hvata” zahtjev za prekid i kada naš prekid dođe na red, preuzima ga. Preuzeti zahtjev se prosljeđuje, prema upravljačkom programu (Engl. driveru) za tipkovnicu.

Tek tada operacijski sustav Character code stisnute tipke učitava preko mikrokontrolera tipkovnice.

Što se događa u ovom koraku ?.

Dobili smo numerički kod, koji predstavlja stisnutu tipku, kod se zove Scan code.

Taj kod se potom mapira u Tzv. Key code koji predstavlja svako pojedino slovo/znak/broj/funkcijsku tipku …

Definicija tipkovnice s rasporedom tipki te regionalnih postavki tipki, nalazi se u datoteci /etc/sysconfig/keyboard. Ona se obično automatski podešava kod instalacije Linuxa.

Ovdje se nalazi nekoliko postavki:

• KEYBOARDTYPE=“sun|pc” moguće opcije su ili “SUN” ili “PC” - u većini slučajeva to je uvijek PC
• tu se još nalaze i MODEL=” “ i LAYOUT=” “ koji točnije definiraju vrstu i tip tipkovnice.
• KEYTABLE=”<file>“ označava upravo tablicu s mapiranjima tipki o kojoj smo maloprije govorili. Unutar direktorija : /lib/kbd/keymaps/i386/ nalaze se pod direktoriji s rasporedom tipki : pr. : querty , quertz , azerty itd.. Unutar njih se nalazi definicija tipki za pojedine modele tipkovnica. Za hrvatski raspored tipki i “naših” znakova (šđčćž) koristi se tablica definirana unutar datoteke croat.map.gz koja je komprimirana datoteka croat.map i koja se koristi u slučaju da koristimo Hrvatsku tipkovnicu.

Sada možemo i provjeriti koja tablica je učitana i koristi se, sve s pomoću naredbe dumpkeys :

dumpkeys > my_keymap

Dodatno sve možemo snimiti u datoteku “my_keymap” te ju prema potrebi pregledati kasnije.

dumpkeys > my_keymap

I na kraju sumirajmo

Što se događa kod pritiskanja tipke ? :

• Recimo da smo stisnuli tipku a
• Pročitan je “Scan code” stisnute tipke
• Potom je zaprimljen taj “Scan code” - u ovom slučaju 1e 9e
• Ovaj kod se prema tablici “Key code-a” i pripadajućeg seta karaktera (pr. ASCII seta ) mapira kao 30

Koji su još elementi uključeni u ovu priču

Ovdje postoji još jedna komponenta a to je Konzola i/ili program u kojem radimo. U slučaju konzole praktično je to naš zaslon/ekran. Osim klasične konzole, pristup na konzolu može biti i preko Terminal programa za udaljeni pristup, poput :

• telnet ili
• ssh terminala za udaljeni pristup

Svaka konzola kao i terminal moraju imati i odabrani Character set poput :

• ASCII seta (pogledajte ASCII tablicu na kraju knjige)
• UTF-8 ili nekog drugog.

Dakle sada se Key code 30 mapira (ako koristimo ASCII) u ASCII kod 97. Ovaj korak mapiranja se zove enkodiranje (Engl. Encode).

Zatim sve ide dalje prema programu u kojem radimo (tipkamo) te se iscrtavaju stisnute tipke odnosno slova (ili što smo već zapravo stisnuli na tipkovnici) i to korištenjem Fonta koji je odabran.

Font definira stil i oblik svih pojedinih slovnih znakovnika (Engl. Glyph) i slovnih simbola, odnosno svakog tipografskog karaktera.

Ovisno o Fontu i njegovoj veličini, slova se iscrtavaju na vizualno drugačiji način. Pogledajmo isti tekst ispisan s različitim fontovima iste veličine:

Kodne stranice

Kako su nastale kodne stranice

Prva osobna računala su razvijana za englesko govorno područje, pa je prema tome prvo bilo potrebno razviti određeni set slova i interpunkcijskih znakova, kao i brojeva i posebnih znakova za engleski jezik. Tako je otprilike i nastao ASCII set za koji je odlučeno da je dovoljno adresirati 7 bitova, što omogućava ukupno 128 slova/brojeva/znakova. Pogledajte ASCII tablicu. Unutar ovog seta odnosno tablice definiran je osnovni niz slova/brojeva/znakova koji je bio zadovoljavajući u trenutku stvaranja. Kasnije se pojavila potreba za dodavanjem novih posebnih znakova, tako što se ovaj set proširio na 8 bitova, pa je sada bilo moguće koristiti do 256 znakova.

Tako je nastao prošireni ASCII set. Ovaj set je nadogradnja osnovnog ASCI seta, tako da počinje od 128 pozicije (osnovni ASCII set završava na poziciji 127), sve do 255-te, gdje se sada nalaze dodatni znakovi.

Kako su se s vremenom osobna računala koristila i izvan engleskog govornog područja, pojavila se potreba za korištenje znakova koji su specifični za druge jezike. Ideja je bila koristiti osnovni ASCII set (0-127) kao standardan a proširiti ga sa setom specifičnim za pojedini jezik (ili više njih) - slično kao kod proširenog ASCII seta. Ovakva upotreba se naziva upotrebom Tzv. “kodnih stranica” odnosno “Code pages” na engleskom.

Jedna od prvih kodnih stranica je bila CP437, koja je sadržavala posebne znakove, grčka i još poneka slova ali ne i naša. Na osnovi nje je nastala i jedna od prvih kodnih stranica koja je uključivala naša slova (veliko i malo : šđčćž) dakle 8859-2 (znana i kao “Latin 2”). Ona je napravljena za sve jezike centralne i istočne europe, s latiničnim pismom.

Osim nje postoji i 8859-1 (znana i kao “Latin 1” ) ali ona je za jezike zapadne europe (Njemački, Francuski, …).

Unutar nekih operacijskih sustava napravljene su “vlastite” kodne stranice, poput Windows 1250 (Latinična slova - poput Latin 2 (8859-2)) dakle za centralno i istočno europske jezike.

Problem se javlja kada trebate pisati nešto za što su vam potrebne dvije (ili više) kodnih stranica jer unutar jedne od njih nemate sve znakove ili slova koja su vam potrebna. Ako recimo radite na nekom dokumentu, na taj način, morate biti sigurni da i primatelj vašeg dokumenta ima sve iste kodne stranice koje ste i vi koristili.

Kao što smo rekli ASCII set je prilično ograničen što se tiće posebnih znakova te se u novije vrijeme često koristi enkodiranje prema UTF-8 standardu. UTF-8 unutar sebe podržava kompletan set znakova iz ASCII seta te ga znatno proširuje. On je dovoljno velik da u njega stanu (gotovo) sve kodne stranice koje postoje ili koje vam trebaju.

Upravo je to i bila ideja razvoja UTF-8 standarda - praktično jedan set za sve jezike.

Pogledajte i poglavlje "Sistemske (Environment) varijable" i to primjer s terminalima i enkodiranjem (kodnim stranicama).

U narednom djelu objasniti ćemo nekoliko tipki koje imaju “posebnu” funkcionalnost a koju je potrebno razumjeti.

Alt Gr odnosno Alt Graph ili Graphic daje nam mogućnost ispisa posebnih znakova/karaktera na tipkovnici. Dodatno moguć je i ispis posebnih znakova prema kodu karaktera - ako nam je poznata njena tablica odnosno kod za karaktere - poput primjerice ASCII tablice ).

S jedne strane možemo dobiti znak/karakter kombinacijom Alt Gr tipke i bilo koje tipke na našoj tipkovnici, koja nam daje taj poseban znak.

Primjerice stiskanjem Alt Gr te tipke/slova V , dobivamo znak @.

S druge strane ako znamo kod za željeni karakter, to isto možemo dobiti stiskanjem tipke Alt Gr i broja koda. Tako je prema ASCII tablici za naš znak @ kod 64.

Stisnimo Alt Gr i na numeričkoj tipkovnici (dok držimo stisnut Alt Gr) upišimo 64 te pustimo tipku Alt Gr.

Dobiti ćemo istu stvar kao u primjeru gore.

Pogledajmo tablicu s osnovnim znakovima/karakterima, najčešćim na Hrvatskim tipkovnicama.

Za druge (međunarodne) tipkovnice, pogledajte listu na **Wikipediji**.

SysRq funkcionalnost

Jedna od rijetko korištenih tipki (kao i njene funkcionalnosti) je tipka SysRq. Na nekim tipkovnicama je označena samo kao tipka Print Scrn.

Pritiskom na tipku SysRq uzrokuje se izvršavanje posebnog signala prekida (Engl. Interrupt).

Iako je izvorna namjena SysRq odavno napuštena, neki operacijski sustavi i dalje ju koriste za svoje potrebe.

Linux i dalje ima sposobnost slušanja ovog signala prekida (ili pritiskanja ove tipke) ali u kombinaciji s drugim tipkama. Ova kombinacija SysRq i drugih tipki se u Linux terminologiji zove Magic SysRq Key.

Ova kombinacija tipki se često koristi u procesu oporavka uslijed neke velike greške u radu sustava ili u slučajevima kada je potrebno napraviti Tzv. Kernel Dump/Crashdump proceduru. Za više detalja pogledajte poglavlje ” Kernel Dump/Crashdump/core dump “

Ovu kombinaciju možemo svrstati i u kategoriju Escape sekvenci (nizova).

Navedena kombinacija tipki se sastoji od istovremenog stiskanja tipki : Alt SysRq i tipke koja označava željenu funkcionalnost.

Tablica predstavlja najčešće korištene funkcionalnosti SysRqa:

Primjeri upotrebe

Najčešća upotreba ove funkcionalnosti se svodi na nekoliko koraka.

1. Potrebno je osigurati se da je ova funkcionalnost uključena Privremeno ju uključimo :

echo 1 > /proc/sys/kernel/sysrq

2. Slanje/pozivanje željene SysRq funkcionalnosti.

Zamislimo slučaj u kojemu se naše računalo ili poslužitelj potpuno zaglavio te ga želimo restartati ovom metodom jer ništa drugo ne pomaže. Ova metoda radi i preko udaljenog pristupa (telnet/ssh/…).

Mi ćemo pozvati prvo :

• Uredno ugasimo sve procese/programe (e)
• Pogasimo sve ostale koji su se zablokirali i ne reagiraju na prethodno uredno gašenje (i)
• Sinkronizaciju podataka na disk (s) - da ne bi nešto izgubili te da datotečni sustav ne bi postao nekonzistentan
• Sve datotečne sustave koji su spojeni na sustav (mountani) odvojimo i spojimo ali kao read-only - kako se na njih ne bi moglo ništa više zapisivati (kako nebi došlo do nekonzistencije podataka) (u)
• Potom restart sustava (b).

echo e > /proc/sysrq-trigger

echo i > /proc/sysrq-trigger

echo s > /proc/sysrq-trigger

echo u > /proc/sysrq-trigger

i potom konačno:

echo b > /proc/sysrq-trigger

Čim smo napravili zadnji korak računalo će se bezuvjetno restartati.

Print Scrn funkcionalnost

Korištenjem Print Scrn funkcionalnosti odnosno samo stiskanjem ove tipke (na istoj tipki je i SysRq ) kopiramo sadržaj našeg zaslona (Engl, screenshot) u radnu memoriju. Stiskanjem tipke Print Scrn kopiramo naš cijeli grafički “ekran”, sa svim prozorima i radnom površinom. Kopira se sve što vidimo na našem zaslonu monitora u grafičkom načinu rada ( X Window grafički sustav ).

Kasnije je moguće snimiti/pohraniti ovu sliku doslovno kao sliku (bitmapu) u nekom od programa za grafičku obradu (slika) pr. GIMP.

U slučaju kada želimo kopirati samo sadržaj jednog otvorenog prozora, potrebo je označiti taj prozor - da postane aktivan, te istovremeno stisnuti kombinaciju tipki : Alt Gr i Print Scrn.

Nakon ovog procesa također možemo snimiti/pohraniti “sliku” označenog prozora kao bitmap sliku odnosno kao rastersku sliku.

U slučaju da imamo potrebu promijeniti postavke tipkovnice, sa recimo Američke (us) na Hrvatsku (croat) to je vrlo jednostavno.

Rekli smo kako se definicije svih tipkovnica sa pripadajućim Key Codeovima nalaze unutar direktorija /lib/kbd/keymaps/i386 i to pozicionirane unutar poddirektorija prema prvim tipkama : “azerty” , “qwerty” , “qwertz” i druge. Tako je definicije za Hrvatsku tipkovnicu zapisana u datoteci /lib/kbd/keymaps/i386/qwertz/croat.map.gz

Učitajmo našu tipkovnicu pomoću naredbe loadkeys. Hrvatska tipkovnica ima oznaku croat dok Američka/Engleska ima us

loadkeys croat

Loading /lib/kbd/keymaps/i386/qwertz/croat.map.gz

Sada možemo koristiti našu (HR) tipkovnicu. Ovo uglavnom nije potrebno raditi jer se Linux pri instalaciji već pobrine kako bi se sve ispravno konfiguriralo.

Što se tiće trajne konfiguracije, ručne promjene je potrebno napraviti u datoteci /etc/sysconfig/keyboard.

Regionalne postavke vezane su za :

• tipkovnicu i kodne stranice
• postavke monetarne valute (Pr. KN, U$ , € i sl.)
• formata vremena (sata) i datuma ( Godina/mjesec/dan , Godina/dan/mjesec i sl.)
• razne programe i biblioteke za njihov pravilan prikaz: teksta,

Definiranje vremenske zone je vezano za usklađivanje sata za vremensku zonu u kojoj se nalazimo.

Ove opcije se konfiguriraju u toku instalacije samog operacijskog sustava ali ih je moguće mijenjati i naknadno.

Na svakoj matičnoj ploči pronaći ćete i bateriju poput ove na slici dolje. Ova baterija napaja integrirani sat koji je ugrađen u matičnu ploču. Praktično se radi o običnom kvarcnom oscilatoru odnosno satu - vrlo sličnom kao na “ručnim” ili “zidnim” satovima. Ovaj sat na matičnoj ploči se zove “Real Time Clock” ili RTC i on radi bez prestanka, bez obzira da li je računalo uključeno ili nije. Stoga mu je i potrebna baterija za napajanje i rad. Na starijim računalima, postojao je poseban chip unutar kojega je bio upravo ovakav sat te SRAM vrsta memorije u kojoj su se čuvale postavke BIOS-a. Sva današnja računala sve postavke BIOS-a spremaju u neku vrstu Flash memorije koja se nalazi na matičnoj ploči te im više nije potrebna ovakva SRAM memorija koja zahtjeva bateriju za održavanje sadržaja/stanja memorije. Stoga je danas jedini razlog postojanja ove baterije, napajanje integriranog sata.

Slika CR2032 baterija na matičnoj ploči:

RTC odnosno hardverski sat pohranjuje i prikazuje datum: godinu, mjesec, dan i vrijeme: sat, minutu i sekundu. On nije u mogućnosti koristiti našu vremensku zonu ili promjene vezane za ljetno ili zimsko računanje vremena.

Kada se operacijski sustav pokreće, učitava se točan datum i vrijeme iz hardverskog (RTC) sata. Nakon toga se postavlja Sistemski sat koji više ne ovisi o hardverskom satu. Unix odnosno Linux vrijeme se od tog trenutka računa kao broj sekundi od ponoći prvog siječnja 1970. godine (ovo je službeni datum rođenja Unix-a). Ovo vrijeme koje počinje 1.1 1970.g u: 00:00:00 se naziva i UNIX epoha.

Poslije postavljanja i rada sistemskog UNIX/Linux sata, u bilo kojem trenutku može se raditi konverzija u kalendarski sat, koji i prikazuje većina programa zbog nama (ljudima) lakšeg rada.

Sistemski sat nadalje više uopće ne ovisi o hardverskom satu, već se za točno računanje vremena pouzdaje u nekoliko generatora takta unutar matične ploče i to paralelno. Dakle uzima se više izvora takta zbog što veće preciznosti sistemskog sata.

Nakon što UNIX/Linux sustav krene sa svojim satom, svako malo se provjerava odmak između hardverskog i sistemskog sata. Ta razlika se konstantno ažurira u datoteku: /etc/adjtime.

Pogledajmo hardverski (RTC) sat s naredbom hwclock:

hwclock

Tue 11 Oct 2016 02:56:16 PM CEST  -0.969103 seconds

Vidljivo je da smo pročitali datum i vrijeme i hardverskog sata, kao i odmak odnosno kašnjenje između hardvesrkog i sistemskog sata - konkretno: 0.969103 sekundi. Ova razlika odnosno kašnjenje se zove “Time drift value”.

Sistemski sat je u pravilu znatno točniji od hardverskog sata ali i on nije savršen.

Ako želimo uskladiti hardverski sat sa sistemskim satom tj. popraviti hardversko vrijeme za ono vrijeme kašnjenja u odnosu na sistemski sat to možemo uraditi na slijedeći način:

hwclock --adjust

Nakon nekog vremena pogledajmo hardverski sat - kašnjenje će biti smanjeno:

hwclock

Tue 11 Oct 2016 03:08:32 PM CEST  -0.140972 seconds

Vidimo da je kašnjenje smanjeno na -0.140972 sekundi.

Česti prekidači naredbe hwclock za sinkronizaciju vremena između hardverskog i sistemskog sata :

• –hctosys namještanje sistemskog vremena (sata) prema hardverskom (RTC) vremenu : RTC → Sistem
• –systohc namještanje hardverskog (RTC) vremena prema sistemskom vremenu (satu) : System → RTC

Moguće je i postaviti točno definiran datum i vrijeme na hardverski (RTC) sat. Sintaksa je :

hwclock --set --date "dd mmm yyyy HH:MM"

Pri tome :

• dd je DAN
• mmm je MJESEC
• yyyy je GODINA
• HH:MM su sati (HH) i minute (MM)

NTP

Za još točnije vrijeme se koristi NTP protokol (Network Time Protokol) pomoću kojega je moguće u redovitim vremenskim intervalima sinkronizirati naš sistemski sat s nekim atomskim satom koji podržava ovaj protokol.

Dakle NTP je mrežni protokol za sinkronizaciju sata preko mreže. On je jedan od najstarijih mrežnih protokola - u upotrebi je od 1985. godine.

Sinkronizacijom vremena (sata) s NTP poslužiteljem, dobivamo preciznost od nekoliko milisekundi u odnosu na NTP sat poslužitelja. U slučaju sinkronizacije s NTP poslužiteljima na internetu, obično je preciznost od desetak milisekundi standardna.

NTP za komunikaciju koristi UDP protokol (pogledajte poglavlje "UDP protokol" ) i to port 123 a tip komunikacije može biti Broadcast ili Unicast ( pogledajte poglavlje "Metode komunikacije" ). Protokol radi na principu “Client” –> “Server”. Dakle NTP klijent (vaše računalo) se spaja na NTP poslužitelj (NTP Server). Osim ovog načina rada moguć je i Tzv. “peer-to-peer” način povezivanja u kojemu se svaki “peer” odnosno NTP “klijent” ponaša i kao “server” te jedan drugome mogu biti vršni poslužitelji (kao referentni NTP izvori).

Trenutna verzija NTP protokola je v.4. ( RFC5905 ).

NTP protokol (poslužiteljski dio) radi na hijerarhijskom, višeslojnom principu. Na vrhu hijerarhijske strukture (Stratum 0) se nalazi Atomski sat. Ispod njega, odnosno direktno spojeni na njega su NTP poslužitelji koji su u hijerarhiji kao Stratum 1. Slijedeći ispod njih su NTP poslužitelji (spojeni na Stratum 1 NTP poslužitelje) koji pripadaju hijerarhiji Stratum 1 i tako prema dolje. Možemo reći da je jedinica udaljenosti od Atomsko sata upravo Stratum broj (što je veći to je poslužitelj udaljeniji od njega).

• Stratum 1 NTP poslužitelji, pošto su spojeni na referentni sat (Atomski u konačnici) imaju očekivano odstupanje od samo nekoliko mikro sekundi.
• Stratum 2 NTP poslužitelji imaju nešto veće kašnjenje ali se oni stoga mogu spajati (sinkronizirati) na više Stratum 1 poslužitelja istovremeno, kao i na više Stratum 2 poslužitelja da bi dobili točnije vrijeme.
• Stratum 3 NTP poslužitelji imaju još malo veće kašnjenje ali se oni isto mogu spajati (sinkronizirati) na više Stratum 2 poslužitelja istovremeno, kao i na više Stratum 3 poslužitelja
• Stratum 4 NTP poslužitelji imaju nešto još veće kašnjenje ali se i oni stoga mogu spajati (sinkronizirati) na više Stratum 3 poslužitelja istovremeno, kao i na više Stratum 4 poslužitelja i tako sve do Stratum 15 koji je zadnji mogući element u hijerarhiji.

NTP klijenti se mogu spajati na bilo koji od NTP poslužitelja u hijerarhiji ali je uvijek cilj spajati se na one NTP poslužitelje što bliže Atomskom satu odnosno izvoru točnog vremena.

U Hrvatskoj imamo nekoliko javno dostupnih NTP poslužitelja (nužno je odabrati zemljopisno što bliži ) , pr.:

• Osijek : os.ntp.carnet.hr ( Stratum 2 )
• Rijeka : ri.ntp.carnet.hr ( Stratum 2 )
• Split : st.ntp.carnet.hr ( Stratum 2 )
• Zagreb : zg1.ntp.carnet.hr ( Stratum 2 ) i zg2.ntp.carnet.hr (Stratum 2 )

Za sada toliko o NTP protokolu.

U slučaju da smo kod instalacije operacijskog sustava konfigurirali krivu vremensku zonu ili ju je potrebno promijeniti zbog nekog drugog razloga, to je prilično jednostavno.

Ali prvo kratko o vremenskim zonama.

Citat s Wikipedije: ” Jedna vremenska zona pokriva područja Zemlje koja su izabrala isto lokalno vrijeme. Granice vremenskih zona u pravilu leže na meridijanima zemljopisne dužine koji su višekratnici 15º, pa razlika između susjednih vremenskih zona iznosi jedan sat. Ipak, ponegdje je razlika i drukčija. Osim toga, kao što se može vidjeti na karti u nastavku, vremenske zone mogu imati prilično nepravilne oblike jer obično prate granice država ili drugih administrativnih područja. “

Slika s vremenskim zonama u svijetu:

Izvor slike: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e8/Standard_World_Time_Zones.png/1280px-Standard_World_Time_Zones.png

” GMT je sustav za predstavljanje vremena koji je bio prihvaćen kao svjetsko vrijeme. GMT je engl. kratica za Greenwich Mean Time, a ime je dobilo po nultom meridijanu, koji od 1884. godine prolazi kroz zvjezdarnicu u Greenwichu kraj Londona. Danas ta kratica polako izlazi iz uporabe (osim u pomorstvu, gdje je zadržala svoje tradicionalno ime), zamjenjuje ju UTC što znači Koordinirano svjetsko vrijeme.

Koordinirano svjetsko vrijeme (eng. Coordinated Universal Time, UTC) je međunarodni naziv koji je zamijenio GMT, a predstavlja vrijeme nulte, odnosno početne vremenske zone. To je standardno vrijeme prema kojem se određuje vrijeme u drugim dijelovima svijeta. Hrvatska se nalazi u srednjoeuropskoj vremenskoj zoni, UTC+1, što znači da je u Hrvatskoj tijekom zime 13 sati kada je UTC vrijeme 12 sati. Ljeti je u Hrvatskoj propisano pomicanje satova pa je stoga ljeti u Hrvatskoj 14 sati kada je UTC vrijeme 12 sati. “

Za provjeru trenutnog vremena možemo pokrenuti naredbu date :

date

Thu Nov  3 16:20:29 CET 2016

Dobili smo trenutno vrijeme. Osim toga vidljiva je i vremenska zona (CET = “Central Europe Time”). Konfiguracija vremenske zone, a koja utječe na ovaj prikaz vremena, se nalazi definirana u datoteci : /etc/localtime. Malo točnije ova datoteka bi trebala pokazivati na datoteku u kojoj je definirana vremenska zona. Još preciznije ova datoteka je simbolički link (pogledajte poglavlje "Soft linkovi" ) na datoteku u kojoj je definirana točna vremenska zona koju koristimo.

Pogledajmo i kako to izgleda za našu vremensku zonu (UTC+1 (Zagreb)):

ls -l /etc/localtime

lrwxrwxrwx 1 root root 33 Aug 13  2013 /etc/localtime -> /usr/share/zoneinfo/Europe/Zagreb

Dakle vidljivo je da je /etc/localtime zapravo simbolički link na datoteku : /usr/share/zoneinfo/Europe/Zagreb.

Naime unutar direktorija /usr/share/zoneinfo/ se nalazi stablo poddirektorija, za sve vremenske zone. Pogledajmo kako to izgleda:

ls  /usr/share/zoneinfo/

Africa      Brazil   EST      GB-Eire    Hongkong  Kwajalein  NZ-CHAT   ROC        Universal    right
America     CET      EST5EDT  GMT        Iceland   Libya      Navajo    ROK        W-SU         zone.tab
Antarctica  CST6CDT  Egypt    GMT+0      Indian    MET        PRC       Singapore  WET
Arctic      Canada   Eire     GMT-0      Iran      MST        PST8PDT   Turkey     Zulu
Asia        Chile    Etc      GMT0       Israel    MST7MDT    Pacific   UCT        iso3166.tab
Atlantic    Cuba     Europe   Greenwich  Jamaica   Mexico     Poland    US         posix
Australia   EET      GB       HST        Japan     NZ         Portugal  UTC        posixrules

U našem slučaju (za Europu), moguć je slijedeći izbor

ls  /usr/share/zoneinfo/Europe/

Amsterdam  Bratislava  Dublin       Kaliningrad  Madrid     Oslo       San_Marino  Tirane     Vilnius
Andorra    Brussels    Gibraltar    Kiev         Malta      Paris      Sarajevo    Tiraspol   Volgograd
Astrakhan  Bucharest   Guernsey     Kirov        Mariehamn  Podgorica  Simferopol  Ulyanovsk  Warsaw
Athens     Budapest    Helsinki     Lisbon       Minsk      Prague     Skopje      Uzhgorod   Zagreb
Belfast    Busingen    Isle_of_Man  Ljubljana    Monaco     Riga       Sofia       Vaduz      Zaporozhye
Belgrade   Chisinau    Istanbul     London       Moscow     Rome       Stockholm   Vatican    Zurich
Berlin     Copenhagen  Jersey       Luxembourg   Nicosia    Samara     Tallinn     Vienna

I u konačnici za promjenu vremenske zone potrebno je promijeniti datoteku /etc/localtime koja mora biti simbolički link na datoteku koja odgovara našoj vremenskoj zoni. U našem slučaju /usr/share/zoneinfo/Europe/Zagreb. To možemo postići s naredbom ln, koristeći prekidaće -sf koji znače:

• -s kreirati ćemo simbolički link (Soft Link)
• -f “Force” odnosno odredišna datoteka (ako postoji) će biti pregažena (ili promijenjena u našem slučaju).

ln -sf /usr/share/zoneinfo/Europe/Zagreb /etc/localtime

Nakon ove promjene moramo vidjeti simbolički link koji pokazuje na našu novu vremensku zonu:

ls -l /etc/localtime

lrwxrwxrwx 1 root root 33 Aug 13  2013 /etc/localtime -> /usr/share/zoneinfo/Europe/Zagreb

U ovom slučaju morali bi postaviti i eksportirati ovu varijablu:

TZ='Europe/Zagreb' 
export TZ

Kao pomoć kod kreiranja vrijednosti ove varijable, možemo koristiti naredbu tzselect koja nas vodi korak po korak do naše željene vremenske zone: prvo biramo kontinent pa državu, te na kraju dobivamo i vrijednost TZ varijable.

Regionalnim postavkama (i malo više od toga) odnosno “Engl. Locale” definiramo korisničko okruženje koje ovisi o regionalnim i kulturološkim postavkama, kao i postavkama enkodiranja.

Svaka kategorije ovih postavki je definirana zasebno te samim time kontrolira zaseban dio ovog podsustava.

S naredbom lang -a možemo pogledati sve dostupne opcije, koje se definiraju kao vrijednosti sljedećih sistemskih varijabli (navesti ćemo samo one najčešće korištene):

• LANG je osnovna i najvažnija varijabla. U njoj se prema formatu : JEZIK_TERITORIJ.KODNA STRANICA/ENKODIRANJE definiraju postavke na slijedeći način :
  • “JEZIK” je definiran prema ISO 639-1 kodovima za jezik
  • “TERITORIJ” je definiran prema ISO 3166-1
  • “KODNA STRANICA” odnosno “ENKODIRANJE” prema definiciji kodne stranice ili standarda za kodove (Pr. UTF8)

Za Hrvatski imamo nekoliko mogućnosti. Pošto je prema ISO639-1 oznaka za Hrvatski hr, pogledajmo koje sve mogućnosti imamo. Koristiti ćemo naredbu locale -a da vidimo listu svih mogućih postavki te ćemo filtrirati samo ključnu riječ hr_:

locale -a | grep hr_

hr_HR.iso88592
hr_HR.utf8

Vidimo da je moguće koristiti JEZIK=hr te TERITORIJ=HR te :

• ili kodnu stranicu ISO88592
• ili UTF8 enkodiranje.

POSIX

POSIX je zajednički naziv za skupinu IEEE standarda kojima se definira sučelje za programiranje (API) softvera , kao i naredbene ljuske (Shell) te svih ostalih veza između aplikacija, usklađenih s različitim izvedenicama operacijskog sustava UNIX (ili Linux). Službena oznaka je IEEE 1003, a naziv međunarodnog standarda je ISO/IEC 9945. Standardi su nastali iz projekta koji je počeo oko 1985. Naziv POSIX predložio je Richard Stallman, a naknadno je izvedeno značenje “Portable Operating System Interface”, pri čemu X predstavlja UNIX.

S obzirom na činjenicu da su se već vrlo rano u razvoju UNIXa pojavile njegove razne varijante (koje su razvijale mnoge tvrtke, institucije i sveučilišta), pojavila se i potreba za određenom standardizacijom. Na početku je postojao samo jedan dokument koji se ticao samo API-ja ali se standardizacija širila i na druge dijelove UNIXa, pa je tako narasla na 19 odvojenih dokumenata odnosno podstandarda (POSIX.1, POSIX.2, …).

Jedan dio POSIX standarda tako definira naredbenu ljusku i mogućnosti skriptiranja kao i njihovu međuvezu. Ovaj dio standarda je preuzet sa Tzv. “UNIX System V” naredbene ljuske (Shella).

Drugi dio standarda je standardizirao ponašanje i rad mnogih programa poput awk , echo , ed i drugih i to zajedno sa sistemskim servisima. Dio koji se bavi standardizacijom sistemskih servisa definira ponašanje i rad Ulazno/izlaznog sustava, sustava datoteka, terminala i mreže.

POSIX također definira i sustav vezan za višenitnost (Engl. Threading) kao i API-je za pristup ovom sustavu. U novije vrijeme su svi zasebni POSIX standardi ujedinjeni u jedan veći te su definirani kao IEEE POSIX Std 1003.1-2008, znan i kao POSIX.1-2008.

Određene verzije UNIXa su certificirane kao POSIX kompatibilne - neke od njih su:

• AIX
• HP-UX
• IRIX
• OS X (od 10.5 Leopard)
• Solaris
• Tru64
• UnixWare
• QNX Neutrino i joše neki drugi

Neke druge verzija UNIX-oidnih operacijskih susava su POSIX kompatibilni (svaki do neke točke), pogledajmo i neke od njih:

• Android
• Darwin
• FreeBSD
• Illumos
• Linux
• Minix
• NetBSD
• OpenBSD
• VxWorks
• Xenix
• i mogi drugi

Za više detalja o POSIX-u pogledajte Wikipediju: https://en.wikipedia.org/wiki/POSIX

Nastavimo s regionalnim postavkama odnosno njihovim varijablama :

• LC_CTYPE definira klasifikaciju karaktera (znakova) kao i konverziju velikih i malih slova i općenito baratanje s karakterima (znakovima). Osim toga programi i biblioteke koje rade s karakterima i/ili stringovima često trebaju klasificirati da li se radi o brojevima, slovima, posebnim znakovima, razmakom i sl. te na osnovi toga raditi određene konverzije.
• LC_NUMERIC radi s numeričkim vrijednostima koje nisu monetarne
• LC_MONETARY radi s numeričkim vrijednostima koje su vezane za monetu (valutu)
• LC_TIME radi s datumom i vremenom (satom)
• LC_COLLATE je vezan za rad sa znakovima kod kojih leksikografske konvencije redoslijeda slova nisu jednake onima prema brojčanim oznakama (kodovima). Primjerice redoslijed slova a,b,c,d je prema engleskom redoslijedu točan ali u hrvatskom je to a,b,c,č,ć a pogotovo kod slova koja su sastavljena od dva slova poput dž, lj i sl.. Dakle ovdje se definira ispravan način rada s ovim “posebnim” pravilima.
• LC_MESSAGES specificira “jezik” u kojemu su ili će biti postavljene potvrdne ili negativne poruke unutar raznih programa.

Pogledajmo koje su sve postavljene varijable vezana za “Locale”, pomoću naredbe locale:

locale

LANG=POSIX
LC_CTYPE=en_US.UTF-8
LC_NUMERIC="POSIX"
LC_TIME="POSIX"
LC_COLLATE="POSIX"
LC_MONETARY="POSIX"
LC_MESSAGES="POSIX"
LC_PAPER="POSIX"
LC_NAME="POSIX"
LC_ADDRESS="POSIX"
LC_TELEPHONE="POSIX"
LC_MEASUREMENT="POSIX"
LC_IDENTIFICATION="POSIX"

Konfiguracija

Na RedHat/Centos 6.x verzijama Linuxa ove postavke se definiraju u datoteci : /etc/sysconfig/i18n za cijeli operacijski sustav.

Standardno za poslužitelje postavljene su slijedeće vrijednosti:

LANG="en_US.UTF-8"
SYSFONT="latarcyrheb-sun16"

Dakle globalna verijabla LANG koju smo opisali te dodatno globalna varijabla SYSFONT koja definira osnovni font koji se koristi za X11 Windows sustav.

Ovdje je najvažnija naravno varijabla LANG a koju je moguće (i uz sve gore navedene varijable LC_) definirati za sve korisnike , u datoteci : /etc/profile

Ako imamo potrebu mijenjati ove varijable na razini svakog korisnika i to je moguće.

Sve što je navedeno i definirano u datoteci /etc/sysconfig/i18n moguće je definirati za svakog korisnika posebno, u njegovom HOME direktoriju u datoteci imena: .i18n.

Kada neka hardverska komponenta traži pristup procesoru (CPU), taj pristup se zatraži kreiranjem signala prekida (engl. Interrupt request). Dakle signalom prekida (IRQ), uređaj upozorava procesor (CPU) kako je došlo do događaja, zbog kojega se traži malo vremena od procesora, kako bi se odradilo ono što nam poručuje uređaj koji je kreirao signal prekida, poput zaprimljenih podataka na mrežnoj kartici, podataka koje treba snimiti na disk i sl.

Operacijski sustav tada prvo otkriva od koje komponente je kreiran signal prekida, te poziva posebnu proceduru, a koja se nalazi unutar upravljačkog programa, konkretnog uređaja, koji je kreirao signal prekida. Ova procedura, koja se mora nalaziti unutar svakog upravljačkog programa za svaki pojedini uređaj (hardver), zove se interrupt handler procedura. Pomoću ove procedure se kontaktira komponenta unutar operacijskog sustava koja je zadužena za prebacivanja između procesa/programa, koja se zove Linux Process Scheduler.

Ovakvi događaji, aktivirani interruptima, imaju vrlo visoki prioritet, u odnosu na druge programe, koje obrađuje procesor.

Linux Process Scheduler zatim privremeno zaustavlja proces odnosno program/aplikaciju koja je na obradi te kreće s obradom podataka, koju je zatražio hardver koji je kreirao signal prekida. Dakle procesor pokreće ovaj posao i odrađuje ga, nakon čega se proces koji je bio pauziran, ponovno učitava i pokreće.

Tijekom obrade tog (svakog) zahtjeva, rade se mnoge operacije čitanja ili pisanja u i prema RAM memoriji, kao i diskovnom podsustavu a za koje je također zadužen CPU.

Za više informacija o ”Task/process scheduler“ mehanizmu, u poglavlju Procesi.

Dakle hardverski prekidi (Interrupts) se koriste kod svake pojedine aktivnosti nekog uređaja, poput mrežne i zvučne kartice, modema, USB uređaja, uređaja na serijskom ili paralelnom portu, disk kontrolera (SATA/ATA/SCSI) i sl. Čak svako pomicanja miša ili stiskanje tipki na tipkovnici generira IRQ.

Kako bi CPU mogao reagirati na ove prekide, potrebna je komponenta koja se brine za interrupte, a zove se PIC (Programmable Interrupt Controller). PIC je bilo spojen na sve uređaje, na sabirnici, preko posebnih linija odnosno vodova koji su zaduženi za interrupte te je on komunicirao s CPUom te prosljeđivao interrupte preko tih vodova/linija prema procesoru. PIC se fizički nalazio unutar Southbridge chipseta a logički kao na slici ispod.

Pojednostavljeno to izgleda otprilike ovako:

PIC je podržavao do 16 interrupta (IRQ 0 - 15) te jedan fizički CPU. PIC je podržavao i mogućnost dijeljenja interrupta između više uređaja. Ovo je povećalo broj uređaja koji se mogao koristiti na jednom računalu ali je za uređaje koji su zahtijevali bržu komunikaciju uveo usporavanja (ili ponekad probleme) u radu.

U novije vrijeme PIC je zamijenjen sa APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller), koji je omogućio upotrebu više procesora (CPU) istovremeno na jednoj matičnoj ploči. Ova metoda upotrebe više fizičkih procesora se zove SMP (Symmetric multiprocessing). Upotreba APICa je dovela do toga što se dio funkcionalnosti prebacio unutar samog CPUa (unutar kojega je sada integriran LAPIC) a dio je ostao kao vanjska komponenta (I/O APIC).

I/O APIC + LAPIC arhitektura:

I/O APIC obrađuje signale prekida (IRQ - Interrupt request) sa svih uređaja na glavnoj sabirnici te ih prosljeđuje prema LAPIC (Local APIC unutar CPU-a) prema svim postojećim procesorima (CPU). Osim toga, APIC podržava do 224 iskoristiva signala prekida (u teoriji) te samim time veći broj uređaja koji se mogu koristiti unutar jednog računala. U praksi broj signala prekida je bio do makismalno 24 - pr. za PIIX3 chipset.

U najnovije vrijeme, nakon uvođenja standarda PCI v.2.2 odnosno na svim PCI Express standardima, omogućena je i upotreba MSI (Message Signaled Interrupts) standarda.

MSI (Message Signaled Interrupts) - o čemu se radi ?

Tradicionalno, svaki uređaj spojen na sabirnicu ima Tzv. interrupt line (pin) koji se aktivira svaki puta kada se želi poslati signal prekida prema procesoru . MSI donosi potpuno drugačiji način rada, tako što se više ne moraju koristiti zasebni vodovi kroz koje se šalju signali prekida, već se oni šalju kroz podatkovni (normalni) dio sabirnice, na posebnu memorijsku adresu (memory-mapped I/O adresu) a tada chipset prosljeđuje signal prekida prema procesoru.

PCI express sabirnica uopće nema zasebne linije odnosno vodove za signale prekida, već se koristi isključivo MSI metoda rada sa signalima prekida.

U današnje vrijeme najčešća je upotreba MSI metode za rad sa signalima prekida, koja je u prosjeku ubrzala obradu ovih signala za oko tri (3) puta. MSI omogućava maksimalno 32 signala prekida. Od 2009 godine sve Intelovw implementacije LAPIC unutar CPUa podržavaju do 224 signala prekida. MSI radi tako što se takozvani interrupt vector zapisuje direktno u LAPIC, koji se nalazi unutar samog procesora,a koji onda dalje odrađuje sve potrebno. Na ovaj način se još više ubrzao rad.

Postoji i još noviji standard MSI-X (definiran u standardu PCI v.3.0) koji omogućava alociranje do 2048 interrupta. U praksi to ne znači da su svi implementirali toliki broj ali prema standardu je minimalan broj 64. više od toga ovisi o proizvođaču i implementaciji.

_{Za više detalja o MSI pogledajte : http://git.kernel.org/cgit/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/tree/Documentation/PCI/MSI-HOWTO.txt?id=HEAD}

Virtualizacija interrupta

S obzirom na to što se razvijao svaki segment virtualizacije, postalo je potrebno i imati podršku za virtualizaciju interrupta. Ova tehnologija se pojavila u najnovijim Intel i AMD procesorima. Intelov naziv je APICv a AMD-ov : Advanced Virtual Interrupt Controller AVIC. Ova tehnologija je dostupna od procesora “Ivy Bridge EP”, negdje od kraja 2013. godine.

Što je IPI (Inter-Processor Interrupt) ?

IPI je posebna vrsta signala prekida pomoću kojega u NUMA konfiguraciji računala (s više fizičkih procesora na jednoj matičnoj ploči), jedan procesor može poslati signal prekida drugom procesoru. Ovo se događa ako jedan procesor treba od drugog procesora neku posebnu radnju koja može biti :

• Zahtjev prema MMU (Memory Management Unit ) drugog procesora. Ovo se događa kod dohvaćanja memorije koja ne pripada prvom već drugom procesoru (recimo CPU1 –> CPU2 ili obratno), prema njegovom MMUa. Ovo se događa u Tzv. NUMA arhitekturi.
• Zahtjev za zaustavljanjem rada prema drugom procesoru -kada se gasi računalo.

Standardni ili hardverski signali prekida Signali prekida o kojima smo do sada pričali se zovu i hardverski interrupti odnosno signali prekida.

Posebni interrupti (NMI)
Postoji i posebna kategorija definiranih interrupt-a koji imaju prioritet izvršavanja ispred svih ostalih. To su takozvani NMI (Non-maskable interrupt). NMI se koristi kada je vrijeme odziva kritično te se ovaj IRQ mora odraditi u što kraćem roku. Ovi IRQ se koriste kada je potrebno obavijestiti sustav o nekoj kritičnoj grešci na hardveru, za debuggiranje sustava ili za resetiranje sustava.

Softverski interrupti
Softverski interrupti se događaju kada se dogodi neki poseban uvjet (engl. exception). Kada se recimo u programu naloži dijeljenje s nulom, ova nemoguća operacija će izazvati poruku koju će nam vratiti sustav : divide-by-zero exception pri čemu će se ili odustati od operacije ili će doći do greške. U svakom slučaju pojavit će se softverski interrupt pri ovom pokušaju. Drugi primjer je komunikacija s diskovnim I/O sustavom kada se kreira softverski interrupt kod zahtjeva za nekom operacijom (čitanje ili pisanje) - na vrlo niskoj razini. Svak od tih softverskih (kao i hardverskih) interrupta ima svoju rutinu za obradu interrupta (interrupt handler) pa tako vrijedi i za softverske interrupte, s time da njih može biti definiranih na stotine ili više (prema potrebi) te se oni mogu znatno brže generirati od hardverskih interrupta.

Detaljne statistike na razini cijelog Linuxa, za svaki interrupt moguće je pratiti pogledom na posebnu datoteku /proc/interrupts.

Pogledajmo interrupt-e na našem Linuxu (stariji CPU Xeon):

cat /proc/interrupts

           CPU0       CPU1      
   0:      18667       0  	IR-IO-APIC-edge      timer
   1:          2       0  	IR-IO-APIC-edge      i8042
   8:          1       0  	IR-IO-APIC-edge      rtc0
   9:          0       0  	IR-IO-APIC-fasteoi   acpi
  12:          4       0  	IR-IO-APIC-edge      i8042
  17:        158       0  	IR-IO-APIC-fasteoi   ata_piix
  20:       1241       0  	IR-IO-APIC-fasteoi   ehci_hcd:usb1, uhci_hcd:usb2
  ...         ...      ...      ...                  ...
  50:  106628875       0  	IR-PCI-MSI-edge      hpsa0
  ...         ...      ...      ...                  ...  
  54:  306816715       0  	IR-PCI-MSI-edge      eth0
  55:  145395108       0  	IR-PCI-MSI-edge      eth1
  ...         ...      ...      ...                  ...

Ispis je filtriran za potrebe prikaza.

Prvi stupac je broj interrupta, potom su stupci CPU0 i CPU1 gdje se vidi koliko je interrupta obradio koji CPU. Statistike su iskazane u broju interrupta u svakoj sekundi (za svaki CPU [0 i 1] jer imamo 2 CPU-a).

U našem slučaju sve interrupte odrađuje prvi CPU (CPU0) što je u redu.

Zatim vidimo tip interrupta:

• Prvi niz koristi I/O APIC (standardni interrupti)
• Drugi niz koristi MSI (MSI tj. noviji interrupti).

I u zadnjem stupcu je uređaj koji korist interrupt (objasniit ćemo ih nekoliko):

• rtc0 je Real Time Clock (interni sat na matičnoj ploči) - IRQ8
• acpi je ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) - Koristi se za “hardware discovery”, konfiguraciju hardvera, “power management”, monitoring itd. - IRQ 9
• ata_piix je ATA kontroler na koji je spojen samo CD/DVD-ROM - IRQ 17
• hpsa - HP Smart Array RAID kontroler na kojemu su sistemski diskovi u RAID 1 polju - IRQ 50
• eth0 i eht1 su mrežne kartice - IRQ 54 i IRQ 55

Vidimo da je najveći broj interrupta (IRQ) prema disk kontroleru (disku) i prema mrežnim karticama (koje su obije stalno aktivne), što i odgovara stvarnosti.

Sada postaje jasno koliko se IRQ-ova kreira svakoj sekundi.

Dodatne detalje moguće je vidjeti na razini svakog interrupt-a.

Pogledajmo IRQ 54 (to je u našem slučaju eth0 mrežna kartica)

ls -a /proc/irq/54/

affinity_hint  /eth0              node  
smp_affinity   smp_affinity_list  spurious

Svaka datoteka sadrži određena očitanja i parametre.

Recimo smp_affinity sadrži definiciju da li uređaj koji koristi ovaj interrupt može koristiti bilo koji procesor (CPU) za baranje s ovim interruptom ili je “zaključan” na točno određeni CPU (Pr. CPU Br.0). Da je recimo zaključan na CPU 0 vrijednost bi bila 1.

cat /proc/irq/54/smp_affinity

000000ff

FF Znači da bilo koji CPU može odrađivati interrupt br. 54 (u ovom slučaju za eth0 mrežnu karticu)

Na našem Linux sustavu smo vidjeli da je sve IRQ odradio CPU0, što je u redu ali u nekim slučajevima postoji potreba da se oni (IRQ) ipak raspoređuju na više procesora jednako (ovo više uzrokuje usporavanja ali postoje slučajevi kada želimo ovakav rad). Za neke primjene želimo da se neki interupti izvršavaju samo na jednom procesoru. Ako primjerice želimo da mrežne kartice eth0 i eth1 obrađuje samo CPU0 kao kod nas, a na drugim procesorima da se odrađuje nešto drugo. U slučaju rada mreže to je dosta dobar primjer.

Pogledajmo i reprezentaciju oznaka prema procesorima (radi se o “bit maski”)

U slučaju da želimo dati mogućnosti izbora korištenja više CPU jezgri tada se vrijednosti zbrajaju:

…

U slučaju da imamo sustav s više od 4 jezgre, dodaju se vrijednosti prema slijedećem principu (u tablici). Uz napomenu da je zadnja oznaka uvijek F. Svaki niz o 4 bita oznaćava set od četiri CPU jezgre, s time da se hexa oznake popunjavaju od desno (od zadnjeg slova F) na lijevo.

U gornjem primjeru, prema tablici ako želimo da se mrežna kartica eth0, koja koristi CPU 0 na IRQ 54, prebaci na CPU 1 , tada treba napraviti slijedeće:

echo 2 > /proc/irq/54/smp_affinity

I sada imamo sve IRQ 54 prebačen na CPU 1: (skračeno izlistanje)

cat /proc/interrupts

           CPU0       CPU1      
...         ...      ...      ...                  ...  
  54:  306816715     187     IR-PCI-MSI-edge      eth0     
...         ...      ...      ...                  ...  

Vidimo kako se IRQ 54 preselio na CPU 1 jer je brojač na CPU 1 za taj IRQ počeo rasti.

irqbalance

U nekim distribucijama Linuxa postoji Linux thread (servis koji radi na vrlo niskoj razini - pokreće ga kthreadd), koji se zove irqbalance i čiji zadatak je upravo raspoređivanje interrupta između svih dostupnih procesora (CPU) jednoliko. Ali ponavljam vrlo često to nije najbolje rješenje jer ovaj servis svako malo preraspoređuje interrupte na drugi procesor, tako da bi svi procesori jednoliko bili opterećeni obradom interrupta ali se s takvim radom sustav može i usporiti zbog stalnog prebacivanja interrupta na drugi procesor na obradu. Ovaj servis stalno prati koliko je interrupta raspoređeno između svih procesora i ako u nekom trenutku interrupti nisu ravnomjerno raspoređeni on ih ponovno preraspodjeljuje.

Ovaj servis je moguće i dodatno optimizirati, njegova konfiguracija se nalazi u datoteci : /etc/sysconfig/irqbalance

Kako trenutno zaustaviti ovaj servis ?

Ako niste 100% SIGURNI ŠTO RADITE NAJBOLJE NE DIRAJTE NIŠTA.

service irqbalance stop

Kako trajno zaustaviti ovaj servis ?

chkconfig irqbalance off

Pogledajmo sada drugo Linux računalo s Intel Core 2 Duo E8500 procesorom (ima dvije CPU jezgre) te aktivan proces irqbalance.

Da li je stvarno aktivan irqbalance proces ?

ps -ef |grep irqbalance | grep -v grep

root      1820     1  0 Nov24 ?        00:00:13 irqbalance --pid=/var/run/irqbalance.pid

Da, ovaj proces je stvarno aktivan.

Sada pogledajmo kako su raspoređeni interrupti, zahvaljujući ovom procesu (servisu).

cat /proc/interrupts

           CPU0       CPU1
  0:        845        137   IO-APIC-edge      timer
  1:          6          2   IO-APIC-edge      i8042
...          ...        ...  ...               ...
  7:          0          0   IO-APIC-edge      parport0
  8:          1          0   IO-APIC-edge      rtc0
  9:          0          3   IO-APIC-fasteoi   acpi
 12:         98         54   IO-APIC-edge      i8042
 14:      72239      69192   IO-APIC-edge      ata_piix
...          ...        ...  ...               ...
 18:          0          0   IO-APIC-fasteoi   ehci_hcd:usb1, uhci_hcd:usb4, ata_generic
...          ...        ...  ...               ...
 29:         21          6   PCI-MSI-edge      i915
 30:      35447     411265   PCI-MSI-edge      eth0
 31:        294        280   PCI-MSI-edge      snd_hda_intel

Vidljiva je slična lista uređaja koji koriste interrupte ali su interrupti zahvaljujući irqbalance raspoređeni između oba procesora (CPU).

Moguće je, u slučaju da određeni IRQ želimo ručno “zaljepiti” na određenu CPU jezgru, taj IRQ isključiti iz dostupnih IRQ s kojima barata irqbalance. Na taj način možemo dobiti mogućnost da određene uređaje vezane za određeni IRQ uvijek vežemo za određenu CPU jezgru ali bi za sve ostale ipak koristi irqbalance mehanizam za raspodjelu IRQa, po CPU jezgrama.

Uzmimo slučaj naše mrežne kartice eth0 koja koristi IRQ 30 te ju vežimo za CPU jezgru 0.

echo 1 > /proc/irq/30/smp_affinity

Sada ovaj IRQ “mičemo” iz irqbalance-a, na način da prvo stopiramo irqbalance te ga pokrenemo na slijedeći način:

/usr/sbin/irqbalance --banirq=30

ksoftirqd

ksoftirqd je Linux thread (servis koji radi na vrlo niskoj razini : pokreće ga kthreadd), zapravo pokreće se po jedan ovakav proces za svaku CPU jezgru dostupnu sustavu. Softverski interrupti se često pozivaju nakon hardverskih (objasnili smo ih gore u tekstu), pošto je njih moguće kreirati puno brže nego hardverske, postoji i mogućnost da ih se ne stigne sve odraditi u određenom vremenskom okviru. Ako se softverski interrupt ponovi (jer prvi puta nije bio odrađen) tada kontrolu nad njim preuzima ksoftirqd koji se onda i dalje brine za njega sve dok se ne izvrši (proslijedi na obradu i obradi).

Ako ksoftirqd počne zauzimati više procesorskog vremena to je znak da je računalo pod velikim opterećenjem jer ne stiže odrađivati softverske interupte na vrijeme,

Kod klasičnoga korištenja signala prekida (Interrupt), u jednom trenutku, potreban je prijenos podataka od i prema memoriji samog uređaja, što predstavlja čitanje ili pisanje na taj uređaj , te dodatno i prijenos podataka od ili prema RAM memoriji računala. Kod bilo koje od ovih operacija, potrebno je posredovanje CPUa.

Srećom, postoji i metoda koja može rasteretiti CPU od operacija pristupa RAM memoriji ili pristupa memoriji uređaja, odnosno omogućiti svakom uređaju direktan pristup RAM memoriji. Samim time se i drastično povećava brzina prijenosa podataka između (tog) uređaja i RAM memorije. Ova metoda se zove Direct memory access (DMA) odnosno metoda direktnog pristupa memoriji bez potrebe za posredovanjem od strane CPUa.

Kod korištenja DMA, ako ga uređaj podržava, također sam uređaj koji traži pristup procesoru (CPU) za obradu tako što kreira signal prekida (Interrupt) i tada se privremeno zaustavlja pokrenuti proces koji je na obradi.

Potom se pokreće interrupt handler i kreće se sa obradom (ovog) novog procesa. Ali, od tog trenutka, preko DMA kanala, pristupa se memoriji direktno bez posredovanja procesora, koji sada može nastaviti obradu podataka bez brige o pristupu RAM memoriji (čitanje ili pisanje).

Dodatan problem kod klasičnoga rada je bio i u tome što je procesor često čekao na neke ulazno izlazne operacije : pr. prema disk kontroleru i indirektno prema disku, grafičkoj kartici ili nekom drugom uređaju. Naime u trenucima kada se novi proces počeo obrađivati, nakon primljenog signala prekida, u životnom tijeku tog procesa prilično često se podaci moraju čitati ili zapisivati u RAM memoriju te je procesor tada morao čekati na uređaj (koji je i inicirao signal prekida tj. tražio svoje CPU vrijeme za obradu) da bi ili iz njega ili prema njemu primao ili slao podatke. Ti podaci bi u konačnici završili u RAM memoriji pa je uvođenje DMA uvelike ubrzalo rad i obradu svakog procesa.

Na samom kraju životnog vijeka ovog dijela procesa, DMA kontroler šalje signal za prekid kada su operacije prema RAM memoriji završile te se nastavlja dalja procedura identična za rad bez DMA (pauziranje procesa i prebacivanje na novi proces).

Pogledajmo logičku arhitekturalnu shemu IRQ i DMA podsustava:

Zamislimo sljedeću situaciju kada disk kontroler zatraži DMA komunikaciju (DISK - RAM memorija) kao na slici:

Povijesno u originalnom IBM PC XT računalu, postojao je samo jedan DMA kontroler (Intel 8237) koji je imao 4 DMA kanala (DMA 0 - DMA 4), koji se koristio na starim ISA sabirnicama.

Pojavom novije arhitekture IBM PC AT, dodan je i drugi DMA kontroler (Intel 8237), tako se sada broj DMA kanala povećao na 8 (DMA 0 - DMA 7). Pri tome je odabran DMA kanal 4 za međusobnu komunikaciju između ta dva DMA kontrolera.

Danas je zadržana ova kompatibilnost pa se oba DMA kontrolera nalaze integrirana unutar “Super IO” chipseta, koji je zadužen za starije/sporije uređaje poput serijskih i paralelnih portova, portova za miš i tipkovnicu i sl (PS/2 i sl.).

Prema starijoj arhitekturi ako se neki podaci trebaju čitati ili zapisivati na tvrdi disk, proces je sljedeći :

U primjeru na slici kada se računalo uključilo, disk kontroler je dobio svoj DMA kanal (pr. 5).

• Disk kontroler je poslao procesoru signal prekida,
• Procesor pauzira trenutni proces,
• Disk kontroler traži pristup disku te pomoću DMA kontrolera preko DMA kanala br.5 započinje prijenos podataka od ili prema RAM memoriji, bez posredovanja procesora.
• U međuvremenu procesor odrađuje sve ostale aktivnosti potrebne da se ovaj proces odradi te čeka potvrdu od DMA kontrolera kako bi se prijenos podataka između diska i RAM memorije završio.
• Potom se kreira novi signal prekida kojim se potvrđuje da je sve završeno te se procesor vraća na izvršavanje prijašnjeg procesa.

U današnje vrijeme (na PCI i novijim PCI Express sabirnicama) koristi se slična metoda s time kako se u koraku kada se traži pristup RAM memoriji više ne mora zatražiti pristup preko DMA kontrolera, preko određenog DMA kanala.

Sada se prijenos podataka u ili prema RAM memoriji radi tako da uređaj koji traži pristup može preko kontrolera sabirnice (PCI ili PCI Express) zatražiti kontrolu upotrebe sabirnice (engl. become the bus master).

Kada uređaj zatraži kontrolu nad sabirnicom (od kontrolera sabirnice tj. chipseta), kontroler sabirnice prvo provjerava da li je još neki uređaj u tom trenutku zatražio kontrolu nad sabirnicom te ako je, odlučuje koji od njih će prvi dobiti kontrolu. Važno je znati da u svakoj jedinici vremena samo jedan uređaj može imati kontrolu nad sabirnicom. Potom se odabranom uređaju daje kontrola nad sabirnicom te on postaje Tzv. Bus Master.

Tada on preko sabirnice i preko kontrolera sabirnice komunicira s memorijskim kontrolerom, koji mu daje direktan pristup RAM memoriji (bez posredovanja procesora).

Na kraju su dalji koraci identični staroj metodi (kreira se signal prekida) itd.

“DMA” ili “Bus Master” za komunikaciju koriste uređaji koji u pravilu zahtijevaju veliku brzinu komunikacije od ili prema RAM memoriji, poput:

• Samih procesora - između jezgri procesora (Tzv. intra-chip data transfer) ili između fizičkih procesora (na poslužiteljskim sustavima s više fizičkih procesora),
• Grafičkih kartica,
• Disk kontrolera (ATA/SATA/SCSI/SAS/ …),
• Mrežnih i drugih kartica.

Primjeri

Kako provjeriti koji DMA kanali su u upotrebi na Linuxu ?. Unutar datoteke /proc/dma su popisani svi aktivni DMA kanali.

Pogledajmo aktivne DMA kanale na našem računalu.

cat /proc/dma

 4: cascade

Vidljivo je da je samo DMA kanal 4 aktivan. On je DMA kanal koji se koristi samo za komunikaciju između dva DMA kontrolera (unutar Super IO dijela chipseta). Dakle na ovom (novijem) računalu se ne koristi klasični DMA već Bus Mastering metoda komunikacije za PCI i PCI Express uređaje (ATA/SATA, …).

Naime mrežne kartice, kao i drugi uređaji (pr. disk kontroleri) kada im je potrebna pažnja CPUa, odnosno kada od CPUa traže procesorsko vrijeme za obradu njihovih zahtjeva, generiraju signal prekida (Engl interrupt). U slučaju mrežne kartice, kod svakog novog mrežnog paketa koji je zaprimljen, mrežna kartica kreira signal prekida. CPU tada zaustavlja trenutni proces s obradom, tj, pauzira ga, privremeno pohranjuje međurezultate, prazni memoriju i registre, te preuzima na obradu zadatak od mrežne kartice (preuzima na obradu taj, konkretni mrežni paket). Naime za gigabitne brzine (1Gbps) to znači 1.48 milijuna paketa u sekundi, koje mrežna kartica može primiti ili poslati.

Jasno je kako se broj signala prekida kod ovakvog rada, također mora popeti na isti broj (1 paket = 1 interrupt). Mehanizmi implementirani u Linux, FreeBSD i druge moderne operacijske sustave, u slučajevima, kada broj mrežnih paketa i samim time interrupta postaje prevelik, da bi zagušio cijeli operacijski sustav i sve programe, prelazi u drugačiji način rada a koji ovisi o tome da li ga uopće podržava upravljački program mrežne kartice kao i sam hardver kartice. Dakle u tom trenutku se prelazi na rad u kojem se više ne generiraju interrupti za svaki paket, već se sustav počinje brinuti o tome, kako bi svako malo, s posebnim mehanizmima, sam dohvaćao pakete od mrežne kartice (Engl. Polling mehanizam). Na ovaj način sam sustav se počinje brinuti i o tome kako će opsluživati ostale procese (programe) na najnižoj razini. Kod boljih implementacija ovdje se pazi na Tzv. context switching na najbolji mogući način i time se dodatno dobiva na performansama jer se CPU prebacuje između procesa na način koji je optimalan.

U konačnici:

• izbjeglo se zagušenje cijelog sustava zbog generiranja prevelikog broja interrupta
• paketi koji se povlače (poll) s mrežne kartice na obradu, mogu se dohvaćati u nizu
• kod najgorih slučajeva, kada se tolika količina paketa ne može obraditi niti ovom metodom, sustav ih odmah odbacuje na samoj mrežnoj kartici, bez nepotrebnog dodatnog procesiranja od strane network stack dijela kernela operacijskog sustava

Osim toga, sam prijenos podataka od mrežne kartice prema CPU, može se odraditi na dva načina:

• pomoću Programmed input/output metode u kojoj se CPU brine za svaki prijenos podataka od i prema mrežnoj kartici. Ovo naravno nije najbolja metoda jer se opterećuje CPU za svaku aktivnosz mrežne kartice
• pomoću Direct memory access (DMA) metode, u kojoj mrežna kartica može preko DMA kanala pristupati direktno RAM memoriji, bez posredovanja CPUa. Ovo je danas standardna metoda komunikacije ali zahtjeva dodatnu logiku unutar mrežne kartice.

Novije i snažnije mrežne kartice danas imaju i Interrupt coalescing znan i kao interrupt moderation mehanizam. U slučaju upotrebe ovog mehanizma (uz pripadajući upravljački program), mrežna kartica ne generira signal prekida za svaki pojedini mrežni paket, već tek kada joj se međuspremnici napune većim brojem paketa. Dakle signal prekida se generira za više paketa a ne za svaki pojedinačno. Ova metoda značajno smanjuje broj signala prekida, te može ubrzati rad mreže ⁽⁴³⁾.

Pod operacijskim sustavom Linux, obije metode (Pooling i Interrupt moderation ) implementirane su u novi mrežni API (application programming interface), koji se zove NAPI. Osim toga implementiran je i zaštitni mehanizam, koji se aktivira u slučajevima potpunog zagušenja sustava, poznatog pod nazivom Packet throttling. Dakle kada je mrežna kartica toliko zagušena, ona nove mrežne pakete neće niti pokušavati prosljeđivati dalje prema procesoru, uzrokujući dodatno zagušenje sustava, već će svi novopristigli mrežni paketi tada biti odbačeni, direktno od strane mrežne kartice, točnije od strane njenog upravljačkog programa, koji je napravljen korištenjem NAPIja.

Kao što smo naglasili, CPU odrađuje sve :

• Aritmetičke operacije (zbrajanje, oduzimanje, množenje, dijeljenje i druge matematičke operacije),
• Logičke operacije poput : I (AND), ILI (OR), NE (NOT) , NI (NAND) , NILI (NOR) , XILI (XOR) , XNILI (XNOR).
• Kontrolne operacije - za koje je zadužen dio koji se zove “Control unit (CO)”) a koji na osnovi programskih instrukcija nalaže svim ostalim jedinicama (Aritmetičko-logičkoj, Ulazno/izlaznoj i Memoriji) što i kako da “odrade”.
• Ulazno/Izlazne operacije,

Pogledajmo i blok dijagram modernih procesora:

Na svim novijim generacijama procesora (CPU) integrirane su i mnoge druge komponente, poput:

• Grafičkog čipa
• Memorijskog kontrolera
• DMA kontrolera
• IRQ kontrolera
• Ali i cijeli niz dodatnih komponenti koje ubrzavaju određene operacije:
  • Od matematičkih operacija koje su integrirane u FPU (Engl Floating Point Unit) tj. dijelu koji odrađuje matematičke operacije s pomičnim zarezom (zbrajanje, oduzimanje, množenje, dijeljenje, korjenovanje, eksponencijalne funkcije, logaritme, trigonometrijske funkcije i sl.)
  • SIMD (Engl. Single instruction, multiple data) funkcionalnosti unutar kojih se nalazi i:
    • MMX niz instrukcija zaduženih za multimedijalne zadatke (obrade slika i zvuka i sl.) ali samo s cjelobrojnim operacijama (bez “pomičnog zareza”)
    • SSE (Engl. Streaming SIMD Extensions) instrukcije (njih oko 70), koje su zadužene za digitalnu obradu signala i obradu grafike. Uslijedile su i dodatne funkcionalnosti koje su uvedene sa SSE2, SSE3, SSSE3 i SSE4. SSE je uveo i računanje s “pomičnim zarezom” (decimalnim brojevima)
  • Podršku za virtualizaciju
  • Podršku za generator slučajnih brojeva (Engl. Random Number Generator) (RDRAND)
  • Podršku za kriptiranje/dekriptiranje upotrebom AES algoritma (AES-NI/AES)
  • …

Na ovaj način, značajno su se ubrzale mnoge operacije, koje je do tada morao odrađivati CPU.

Ove funkcionalnosti su u Linuxu vidljive kao CPU zastavice “Engl. CPU flags”.

Pogledajte i listu večine tih funkcionalnosti:

A sada pogledajmo kako provjeriti koju od navedenih funkcionalnosti podržana naš procesor. U direktoriju /proc/ se nalazi datoteka cpuinfo koja sadrži sve informacije o našem procesoru (CPU).

Ispišimo ju te pogledajmo sve što je navedeno pod “Flags”.

Pogledajmo jedan noviji Intel Xeon procesor (E5-2650 v3 sa 40 CPU jezgri): (Iz primjera je izbačeno sve što nam trenutno nije zanimljivo )

cat /proc/cpuinfo 

... ... ...
vendor_id       : GenuineIntel
cpu family      : 6
model           : 63
model name      : Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2650 v3 @ 2.30GHz
cpu MHz         : 2300.210
cache size      : 25600 KB
... ... ...
fpu             : yes
... ... ...
flags           : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush dts acpi mmx fxsr sse sse2 ss ht tm pbe syscall nx pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc arch_perfmon pebs bts rep_good xtopology nonstop_tsc aperfmperf cpuid_faulting pni pclmulqdq dtes64 monitor ds_cpl vmx smx est tm2 ssse3 fma cx16 xtpr pdcm pcid dca sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt tsc_deadline_timer aes xsave avx f16c rdrand lahf_lm abm ida arat epb pln pts dtherm tpr_shadow vnmi flexpriority ept vpid fsgsbase bmi1 avx2 smep bmi2 erms invpcid xsaveopt
... ... ...

Više hardverskih informacija o našem CPU-u, možemo dobiti pomoću naredbe dmidecode .

dmidecode -t 4


# dmidecode 2.11
SMBIOS 2.7 present.

Handle 0x0400, DMI type 4, 42 bytes
Processor Information
        Socket Designation: Proc 1
        Type: Central Processor
        Family: Xeon
        Manufacturer: Intel
        ID: C2 06 02 00 FF FB EB BF
        Signature: Type 0, Family 6, Model 44, Stepping 2
        Flags:
                FPU (Floating-point unit on-chip)
                VME (Virtual mode extension)
                DE (Debugging extension)
                PSE (Page size extension)
                TSC (Time stamp counter)
                MSR (Model specific registers)
                PAE (Physical address extension)
                MCE (Machine check exception)
                CX8 (CMPXCHG8 instruction supported)
                APIC (On-chip APIC hardware supported)
                SEP (Fast system call)
                MTRR (Memory type range registers)
                PGE (Page global enable)
                MCA (Machine check architecture)
                CMOV (Conditional move instruction supported)
                PAT (Page attribute table)
                PSE-36 (36-bit page size extension)
                CLFSH (CLFLUSH instruction supported)
                DS (Debug store)
                ACPI (ACPI supported)
                MMX (MMX technology supported)
                FXSR (FXSAVE and FXSTOR instructions supported)
                SSE (Streaming SIMD extensions)
                SSE2 (Streaming SIMD extensions 2)
                SS (Self-snoop)
                HTT (Multi-threading)
                TM (Thermal monitor supported)
                PBE (Pending break enabled)
        Version: Intel(R) Xeon(R) CPU E5606 @ 2.13GHz
        Voltage: 1.4 V
        External Clock: 133 MHz
        Max Speed: 4800 MHz
        Current Speed: 2133 MHz
        Status: Populated, Enabled
        Upgrade: Socket LGA1366
        L1 Cache Handle: 0x0710
        L2 Cache Handle: 0x0720
        L3 Cache Handle: 0x0730
        Serial Number: Not Specified
        Asset Tag: Not Specified
        Part Number: Not Specified
        Core Count: 4
        Core Enabled: 4
        Thread Count: 4
        Characteristics:
                64-bit capable
        ...        
   ...
 ...  

U linuxu, većina informacija o CPUu se nalazi u nekoj od datoteka unutar /proc datotečnog sustava, na lokaciji: /sys/devices/system/cpu/ a osnovni podaci se nalaze u datoteci /proc/cpuinfo.

CPU registri se koriste za brzo dohvaćanje, spremanje i prijenos podataka i instrukcija kojima CPU može trenutno pristupiti (bez potrebe za posredovanjem preko neke druge komponente). Sami registri se nalaze između priručne memorije CPU-a (Level 1, Level 2 ili Level 3) i ostatka CPUa, s jedne strane, a s druge strane prema ostalim komponentama sustava.

Današnji procesori (CPU) imaju nekoliko osnovnih kategorija registara, poput ovih na slici na kojoj imamo pogled samo na registre procesora (dolje).

CPU registri se koriste i za obavljanje specijaliziranih zadaća, svaki prema svojoj namjeni. Na vrlo niskoj razini sve operacije u konačnici završavaju u nekom od registara, koji ih dalje obrađuju.

Možemo reći i slijedeće:

Kada se odrađuje bilo koja radnja na računalu, svi podaci se pohranjuju u registre, kao i međupodaci u toku obrade podataka. A na kraju se i rezultat obrade podataka čita iz samih registara.

Pogledajmo i tablicu s popisom broja registara ovisno o arhitekturi procesora:

Registri koji su zaduženi za pristup RAM memoriji drže memorijske adrese s kojih CPU želi čitati ili pisati (ovo radi MAR registar). U uvom slučaju kada CPU želi nešto snimiti ili pročitati iz RAM memorije on sprema adrese potrebnih memorijskih lokacija u MAR registar.

S druge strane MBR registar pohranjuje sadržaj (podatke ili instrukcije) koje se čitaju ili zapisuju u RAM memoriju. Sadržaj instrukcija koji se nalazi u ovom registru se prebacuje u IR (Instruction Register) registar ,dok se sadržaj (podaci) prebacuju u I/O registre ili AC registar. Drugim riječima MBR registar se koristi za pohranu podataka ili instrukcija koje dolaze ili odlaze prema RAM memoriji.

I/O Adresni registar se koristi za adresiranje I/O (ulazno/izlaznih) uređaja, dok se I/O Buffer registar koristi za razmjenu podataka (Engl. Data) između I/O komponenti i procesora.

Program Counter (PC) registar koji se inače zove i Instruction Pointer odnosno IP registar se koristi za spremanje adrese slijedeće instrukcije koja je na redu za izvršavanje. Naime kada je prva instrukcija izvršena od strane procesora, vrijednost ovog registra se povećava, tako da on uvijek pokazuje na prvu slijedeću instrukciju koju procesor mora dohvatiti (Engl. Fetch) te potom izvršiti.

U tom procesu dohvaćanja (Fetch) instrukcije iz memorije, ona se prvo pohranjuje u Instruction Registar tj. IR registar. Tada Control Unit odnosno CU (pogledajte dizajn procesora) uzima instrukciju iz ovog registra i izvršava ju, slanjem signala drugoj komponenti koja ga zapravo može izvršiti (ovisno o samoj instrukciji).

Accumulator Register (AC) se zapravo nalazi unutar ALU jedinice te se koristi za sve aritmetičko logičke operacije ALUa (Engl. Arithmetic Logic Unit). Njega koristi CU (Control Unit) tako što u njega sprema podatke koje je dohvatila iz RAM memorije - za aritmetičko logičke operacije. Dakle ovaj registar drži ulazne podatke nad kojima će se raditi neke od aritmetičko logičkih operacija, međurezultate i konačne rezultate ovih operacija.

Konačni rezultati se tada prebacuju u RAM memoriju pomoći MBR registra.

Stack Control Register (SCR). Stog (Engl. Stack) predstavlja grupu memorijskih blokova unutar kojih se trebaju pohraniti određeni podaci ili se trebaju pročitati u određenom nizu. Podaci se čitaju ili zapisuju u stog prema principu “FILO” (Engl. First In and Last Out) - prvi koji uđe zadnji izlazi. SCR registar se koristi za upravljanje stogom (Stack) podataka u RAM memoriji. Veličina ovog registra je relativno malih 2 ili 4 byte-a.

Flag Register (FR) se koristi za indikaciju određenih stanja ili uvjeta u radu procesora. Ovaj registar je prilično mali (1 ili 2 bytea) te se koristi za pohranjivanje određenih alarma ili zastavica. Dakle u slučajevima kada se određene instrukcije izvršavaju te se dogodi neki uvjet, moguće je postavljanje Tzv. zastavice unutar ovog registra, koja se provjerava, te ovisno o tome što ona signalizira, mogu se pokrenuti određene akcije unutar algoritma koji se izvršava.

Data Register (DR) se koristi za privremeno spremanje podataka koji će biti ili poslani ili učitani s perifernih uređaja.

Što su instrukcije koje stalno spominjemo

Instrukcije o kojima smo govorili su zapravo naredbe koje podržava određeni procesor,odnosno arhitektura procesora, ali na vrlo niskoj razini.

Ove naredbe su poput naredbi u višim programskim jezicima (C/C++/JAVA/Scala/Python/Perl/PHP…) kojima se indirektno daju instrukcije procesoru koji ih odrađuje.

Ove instrukcije na najnižoj razini su ugrađene u sam procesor i ovise o arhitekturi procesora. Kao što smo vidjeli i iz tablice s registrima, tako ovisno o arhitekturama procesora ovise i instrukcije koje postoje. Tako razlikujemo nekoliko osnovnih arhitektura procesora :

• 16. bitni x86 (proizvode ih Intel ili AMD)
• 32. bitni x86 (proizvode ih Intel ili AMD)
• 64. bitni x86 (proizvode ih Intel ili AMD)
• Itanium (proizvodi ga Intel)
• Motorola 6800 (Motorola)
• Motorola 68000 (Motorola)
• SPARC (proizvode ga SUN/Oracle, Fujitsu)
• IBM power (proizvodi ga IBM)
• Power (otvorena arhitektura - proizvode ga IBM, Freescale, AppliedMicro. LSI , …)
• ARM 32 ili 32/64.bitni (Licencira se dizajn a proizvode ga gotovo svi)
• MIPS (Licencira se dizajn - MIPS technologies/Imagination Technologies)
• …

Vidljivo je kako postoji cijeli niz arhitektura procesora, od kojih svaka arhitektura ima točno određeni niz mikro instrukcija. To znači kako, prvo operacijski sustav a nadalje i programi, koji su pisani za jednu arhitekturu procesora (govorimo o razini strojnog koda), ne mogu raditi na drugoj arhitekturi procesora jer imaju različite instrukcije.

Ovo čak znači da i unutar jedne arhitekture kao što je recimo 64. bitna x86 arhitektura, postoje razlike - od proizvođača do proizvođača i od procesora do procesora, pogotovo što se tiče dodatnih funkcionalnosti - za koje također postoje posebne instrukcije. Pogledajte listu s funkcionalnostima (CPU Flags) raznih x86 procesora - u poglavlju Napredno :CPU. Dakle iza svake od tih funkcionalnosti stoji cijeli niz novih instrukcija.

Ako promatramo još nižu razinu, koja je dostupna primjerice ako programiramo u programskom jeziku poput Assemblera, tada dajemo direktne (strojne) instrukcije procesoru, poput ovih u primjeru dolje gdje je vidljiv assemblerski programski kod. U ovom primjeru assemblerskog programskog koda, varijabli var1 dodjeljujemo vrijednost 123 a potom u slijedećem koraku CPU registru EAX postavljamo vrijednost te varijable:

var1 DWORD 123

mov ebx, var1
add eax, ebx

Ovo je i najniža razina kojoj programeri mogu pristupiti

Popis svih instrukcija strojnog koda programskog jezika assembler, što standardnih (osnovnih) a što onih koji su specifični za pojedine procesore, možete vidjeti na stranici: https://en.wikipedia.org/wiki/X86_instruction_listings

Ako se pak spustimo na još nižu razinu, tada shema cijelog procesa obrade našeg programa (sa svim instrukcijama) izgleda ovako (Izvori informacija: ^{(140) - (145)}):

Naime u prvom koraku procesor preuzima strojni kod, odnosno naš program, sa svim pripadajućim instrukcijama. Zatim ga decoder dio procesora, dekodira u strojni kod najniže razine, koji se često naziva i mikro kod, a koji u konačnici ovisi o arhitekturi samog procesora. Dakle ovdje se instrukcije koje smo kao programeri zadali samom procesoru, pretvaraju u stvarne instrukcije koje procesor razumije, a koje su skrivene, čak i od programera na najnižoj razini. Definicija i popis ovih mikroinstrukcija nalazi se u posebnom dijelu microcode ROM memorije ugrađene u CPU, koja se kontaktira u fazi dekodiranja instrukcija. Dodatno, CPU ima i microcode RAM memoriju, u koju se mogu spremati i nove verzije CPU microcodea. Naime često se u nekim od mikroinstrukcija otkrivaju greške ili se rade određene poboljšanja, pa ih je moguće nadograditi, nadogradnjom microcodea CPUa.

Naime ako gledamo strojne instrukcije koje kao programeri na najnižoj programerskoj razini, primjerice programirajući u programskom jeziku assembler, prosljeđujemo procesoru, one su više manje standardne, osim onih s kojima baratamo specijaliziranim registrima ili dijelovima procesora. Međutim kada se te strojne instrukcije prevedu u mikroinstrukcije unutar procesora, tu dolazi do određenih promjena. Tako recimo pojedina strojna instrukcija, prevedena u mikroinstrukcije, može biti prevedena u više mikroinstrukcija, jer ne postoji jedna od njih koja može riješiti pojedinu višu instrukciju, već se ta radnja mora odraditi s više mikroinstrukcija i potencijalno u više taktova procesora. S druge strane moguće je i da se niz od nekoliko strojnih instrukcija prevede i obradi kao samo jedna mikroinstrukcija.

Dalje, kada su strojne instrukcije prevedene u mikroinstrukcije, moderni procesori potom imaju dio koji se zove scheduler koji se brine o dohvaćanju i u konačnici izvršavanju instrukcija, odnosno slanju istih dalje u takozvani cjevovod, koji se zove pipeline, na pripremu za izvršavanje. U ovom cjevovodu se može istovremeno naći i više instrukcija, koje bi se poslije mogle istovremeno izvršiti. Ovaj cjevovod se naziva i Instruction pipelining. Tek tada se ove instrukcije šalju dalje na paralelnu obradu, ako je moguća, prema drugim dijelovima procesora.

Dodatna komplikacija u arhitekturi procesora je i činjenica kako moderni procesori imaju više CPU jezgri (SMP arhitektura), dijeljene priručne memorije ali i više cjevovoda.

Kako smo već spomenuli, s vremena na vrijeme otkrivaju se greške ali se rade i poboljšanja mikroinstrukcija, te je zbog toga potrebna nadogradnja microcode dijela CPUa. Dodatno, moguće je kreirati i nove instrukcije, unutar microcode nadogradnje. Ipak, veće greške unutar CPUa, ne mogu se riješiti nadogradnjom microcode. Nadogradnja microcodea, radi se obično tako, da se ona nadograđuje unutar Firmwarea BIOSa matične ploče. Ova nadogradnja se odrađuje tako, da se nakon nadogradnje BIOSa matične ploče, kod svakog novog pokretanja/restarta računala, microcode za CPU učitava u microcode RAM memoriju unutar CPUa.

Druga metoda nadogradnje CPU microcodea je nadogradnja iz Linuxa. Naime Linux u vrlo ranoj fazi inicijalizacije kernela, a prije podizanja ostatka operacijskog sustsva, može napraviti microcode update.

Vratimo se na microcode te provjerimo verziju microcodea, našeg CPUa, pogledom u posebnu datoteku: /proc/cpuinfo:

grep microcode /proc/cpuinfo

microcode       : 0x5
microcode       : 0x5

U ovom slučaju imamo CPU sa microcode verzijom 0x5.

Pogledajmo i što se događa u trenutku inicijalizacije (pokretanja) računala:

dmesg | grep microcode

[   20.383452] microcode: CPU0 sig=0xf43, pf=0x10, revision=0x5
[   20.388169] platform microcode: firmware: agent loaded intel-ucode/0f-04-03 into memory
[   20.388203] microcode: CPU1 sig=0xf43, pf=0x10, revision=0x5
[   20.391786] platform microcode: firmware: agent loaded intel-ucode/0f-04-03 into memory
[   20.392050] microcode: Microcode Update Driver: v2.00 <tigran@aivazian.fsnet.co.uk>, Peter Oruba

Ako nemate instaliran, potrebno je instalirati paket: microcode_ctl, uz koji dolazi i microcode datoteka od Intela i AMDa.

Standardna lokacija i ime CPU microcode datoteke za Intel CPU je: /lib/firmware/microcode.dat i ova datoteka sadrži microcode za cijeli niz procesora (CPUa), od kojih se pronalazi pravi, te se u njega učitava ispravan microcode. Lokacija microcode datoteka za AMD je: /lib/firmware/amd-ucode/.

Provjerimo jeli naš trenutni kernel kompiliran s podrškom za microcode update, jer bez ove podrške nadogradnja microcodea neće biti moguća:

grep -i "microcode_[IA]" /boot/config-`uname -r`

CONFIG_MICROCODE_INTEL=y
CONFIG_MICROCODE_AMD=y

Pošto i za INTEL i AMD (procesore) imamo y, to znači kako je sve u redu te kako će kod slijedećeg restarta računala biti uredno učitan CPU microcode, ako je to potrebno (ako postoji novija verzija od one koja se nalazi u microcode ROM verziji procesora).

^{Izvori informacija: (145),(146)}

Cijeloj priči oko CPU registara, moramo dodati još jednu komponentu a to je priručna vrlo brza RAM memorija, koja se logički nalazi između registara i RAM memorije, te ostatka CPUa.

Pogledajmo pojednostavljeni model CPUa s jednom jezgrom (procesori s više jezgri imaju još kompleksniji model).

Naime na putu između RAM memorije i praktično ostatka CPU-a se nalaze vrlo brze priručne memorije i to u nekoliko slojeva.

Uglavnom su tu:

• najbrža (i najmanja) Layer 1 memorija, podijeljene u dva dijela, jedna je za instrukcije (zvana i ITLB1) a druga za podatke (zvana i DTLB1)
• malo sporija Layer 2 ali znatno veća memorija koja se dijeli između Layer 1 memorija
• kod višejezgrenih procesora tu je i Layer 3 memorija koja se dijeli između svih jezgri, dok su Layer 1 iLayer 2 unutar svake jezgre.

Ova priručna RAM memorija služi kao međuspremnik između RAM memorije (koja je za sam CPU prilično spora) i ostalih komponenti CPUa. Posebni mehanizmi su zaduženi za spremanje podataka u ove međuspremnike (Layer 1 i Layer 2) jer je potrebno znati što čuvati u ovoj memoriji a što ne. Svaki puta kada traženi podatak (ili instrukcija ) nije sačuvana u ovim priručnim memorijama, potrebno ga je dohvatiti i učitati, što naravno troši određeni dio resursa. S druge strane ove priručnie memorije unutar procesora su ipak drastično brže nego RAM memorija, pa je njihova upotreba itekako opravdana.

Što se događa kod dohvaćanja sadržaja RAM memorije ?

Prvo se podaci pokušavaju dohvatiti iz Layer 1 a ako dođe do promašaja (podataka ovdje nema), pokušavaju se dohvatiti iz Layer 2 i učitati u Layer 1. Ako traženi podatak nije niti u Layer 2 tada se pokušava dohvatiti iz Layer 3 kod višejezgrenih CPUa. I na kraju ako podatak nije niti ovdje podatak se dohvaća iz RAM memorije.

O kojim se brzinama i kašnjenjima radi u prosjeku, za x86 arhitekturu (Intel Core i7 Xeon 5500) ?

Objašnjenje : CPU ciklusa(u sekundi) = takta procesora:

I još malo detalja vezanih uz memoriju

Pogledajte i poglavlja :

• Virtualna memorija
• i posebno dio Uloga "Page Table"-a

Tablica prikazuje vrijeme potrebno za pristup ili dohvaćanje/obradu podataka:

           0.5 ns - CPU - referenciranje L1 dCACHE memorije
           1   ns - brzina svjetlosti - foton prolazi udaljenost od 30.5cm
           5   ns - CPU L1 iCACHE Branch mispredict
           7   ns - CPU - referenciranje L2  CACHE memorije
          30   ns - sistemski poziv na obradu podataka (ovo vrijeme varira od 30ns do 90ns ovisno o CPU)
         100   ns - MUTEX lock/unlock (novije implementacije CPUa - 17 ns)
         100   ns - Referenciranje DDR memorije (RAM) 
      10,000   ns - Komprimiranje 1KB korištenjem ZIP algoritma
      20,000   ns - Slanje 2KB preko 1 Gbps mreže
     250,000   ns - Sekvencijalno čitanje 1 MB podataka iz RAM memorije
     500,000   ns - Odziv mreže (kašnjenje) unutar podatkovnog centra
  10,000,000   ns - Pristup tvrdom disku (DISK seek)
  10,000,000   ns - Sekvencijalno čitanje 1 MB s mreže
  30,000,000   ns - Sekvencijalno čitanje 1 MB s tvrdog diska
 150,000,000   ns - Slanje mrežnih paketa iz SAD-a u Europu
|   |   |   |
|   |   | ns|
|   | us|
| ms|

• sistemski pozivi - sistem mora nekako reagirati kod primanja svakog zahtjeva za obradu podataka. Ovdje se radi o vremenu potrebnom kako bi se uopće odradio određeni sistemski poziv i pokrenula cijela procedura obrade. Nerijetko je ovo vrijeme u granicama između 40ns i 90ns.
• MUTEX lock/unlock se odnosi na proces zaključavanja odnosno otključavanja radnog threada (niti) unutar programa, zbog dalje obrade od strane CPUa. Za više detalja, pogledajte poglavlje "Context switching"
• branch predictor je dio CPUa odnosno logika unutar njega, koja pokušava predvidjeti grananje programa, odnosno smjerove grananja ovisne o programiranim uvjetima unutar same logike programa. Dakle uvjeti poput if-then-else i slično. Naime moderni procesori tijekom izvršavanja programa, a s obzirom na to da imaju nekoliko cjevovoda (Engl. Pipelines) za izvršavanje, pokušavaju unaprijed predvidjeti grananje programa, ne bi li se ono moglo što brže odraditi. Dakle CPU L1 iCACHE Branch mispredict se odnosi na promašaj u predviđanju grananje, te ponovni (novi) odabir odnosno vrijeme potrebno kako bi se to odradilo.

Sada uzmimo primjer u kojemu CPU mora obraditi mrežne pakete, kako ih mrežna kartica prima. Ako govorimo o brzinama 1Gbps, tada imamo 1,488,095 paketa u sekundi, koje treba obraditi a to znači kako dobivamo vremenski okvir od 672ns unutar kojih se svaki pojedini mrežni paket mora obraditi. Pogledajte odakle nam ova brojka:

1 / 1,488,095 x 1,000,000,000 (ns) = 672 ns

Ako s druge strane govorimo o većim brzinama - pr. 10Gbps tada imamo:

1 / 14,880,952 x 1,000,000,000 (ns) = 67.2 ns

To znači, kako je procesoru (CPU), koji radi na 2GHz, jedan takt (clock) traje 0.5ns. Prema tome ovisno o brzini mreže imamo slijedeće stanje:

Prema tablici, za brzinu od 1 Gbps, procesor ima vremena 672ns kako bi obradio svaki mrežni paket. Povećanjem brzine mreže na 10 Gbps to se vrijeme smanjuje na samo 67,2ns unutar kojih se svaki mrežni paket mora obraditi. Dakle za 10Gbps za CPU koji radi na 2GHz, svaki mrežni paket mora obraditi unutar 134 takta procesora, što je vremenski okvir od 67.2ns. Za još veće brzine (40 Gbps i 100 Gbps) problemi postaju sve veći. ^{Cijelo vrijeme govorimo o najmanjim mogućim paketima (64 byte)}

Zbog razumijevanja ove problematike, moramo znati kako se unutar vremenskih okvira u kojima se svaki paket mora obraditi događaju i druge stvari, poput :

• Prvo sam sustav mora nekako odreagirati kod primanja svakog mrežnog paketa. Dakle na samom početku dolazi do pozivanja određenog sistemskog poziva. Ovdje se radi o vremenu potrebnom kako bi se uopće odradio određeni sistemski poziv i pokrenula cijela procedura a nerijetko je ovo vrijeme u granicama između 40ns i 90ns.
• pokušavaju se dohvatiti podaci priručne (cache) memorije procesora:
  • L1 cache: oko 5ns
  • L2 cache: oko 5-7ns
  • L3 cache: oko 7-9ns
• U slučaju da podaci nisu u priručnoj memoriji procesora (CPU), dolazi do promašaja (cache miss), te se moraju ponovno dohvatiti: ova vremena mogu biti između 10ns i 40ns (i više). Primjerice za Intel Xeon E5-2650, ovo vrijeme je 32ns.
• Dodatno za prebacivanje na određeni proces, događa se lock odnosno mutex operacija kojoj treba od 8ns do 17ns (trebamo dvije ovakve operacije za svaki paket) - recimo da je to ukupno 17ns.
• I sada na kraju ide obrada jednog paketa te potom iskorištavanje onog drugog mutexa.
• Dolazi nam drugi mrežni paket → sve iz početka

_{Za više detalja pročitajte : https://software.intel.com/sites/products/collateral/hpc/vtune/performance_analysis_guide.pdf}

SMP (Engl. Symmetric Multi-Processor)

Na stolnim i prijenosnim računalima, imalo novijim, može se primjetiti da njihov procesor (CPU) ima nekoliko procesorskih jezgri. Dakle jedan fizički procesor sadržava više (logičkih) jezgri. Tako danas u “desktop/stolnim” verzijama današnjih modernih procesora imamo do 8 ili više jezgri unutar jednog fizičkog procesora. Ovakva arhitektura fizičkog procesora, koji sadržava više jezgri se naziva SMP (Engl. Symmetric Multi-Processor).

Sve jezgre unutar jednog fizičkog procesora u ovakvim SMP sustavima preko MMU (Eng. Memory Management Unit) odnosno memorijskog kontrolera, pristupaju svoj raspoloživoj RAM memoriji, preko memorijske sabirnice, bez dodatnih ograničenja.

Ovakav dizajn ima svoja ograničenja po pitanju proširivosti odnosno skaliranja. Problem je u tome što je jedino moguće proširenje po pitanju procesora, ugradnja novog CPU-a s više jezgri (ako to podržava matična ploča). Ovo uglavnom znači i kupovinu nove matične ploče i procesora.

Sve ovo nije problem ukoliko vaše potrebe ne prelaze ograničenja jednog fizičkog procesora i svih njegovih jezgri, kao i pripadajuće RAM memorije.

Pozicija fizičkog procesora, njegovih jezgri te memorijskog kontrolera i pripadajuće RAM memorija za SMP sustave je vidljiva na slici :

Pojam CPU affinity je vezan uz SMP sustave, kada izričito želimo narediti operacijskom sustavu kako bi se određeni (željeni) proces izvršavao samo i isključivo na određenoj jezgri (ili jezgrama) procesora.

Linux task/proces scheduler tada veže označeni proces na procesorske jezgre koje smo mu zadali.

Kao što smo rekli CPU affinity je povezan sa ”Linux task/proces schedulerom“ i njegovim mehanizmima, a koji se zapravo brinu o :

• pokretanju procesa na određenoj jezgri procesora i potencijalnom prebacivanju procesa na druge jezgre procesora
• prioritetima obrade podataka (Engl. Task scheduler priority & policy) na razini ispod svakog procesa/aplikacije prema CPU-u.

Za potrebe postavljanja “CPU afinity”-ja koristiti ćemo naredbu taskset

Ova naredba/program se može koristiti:

• za postavljanje “CPU afiniteta” već pokrenutog procesa
• za pokretanje novog procesa s definiranim CPU afinitetom
• za provjeru CPU afiniteta pokrenutih procesa

Naredba taskset je potpuno djelotvorna na SMP sustavima. Na NUMA sustavima s ovom naredbom ne možemo biti sigurni čiju RAM memoriju (lokalnog CPU-a ili udaljenog CPU-a) će proces koristiti (pogledajte slijedeće poglavlje ”NUMA“).

Za CPU afinitet za NUMA arhitekturu se koristi naredba numactl.

CPU afinitet je na niskoj razini sustava prezentiran “bit maskom”. Najniži bit predstavlja prvi logički CPU (jezgru) a najviši bit predstavlja zadnji logički CPU (jezgru).

Osim navedene “bit maske” moguće je postavljati CPU afinitet s brojčanim oznakama CPU jezgri što ćemo i mi koristiti.

Pogledajmo i primjere

1. Provjerimo CPU afinitet pokrenutog procesa. Radi se o procesu čiji PID (Process ID) smo saznali s naredbom pidof (pogledajte primjer iz poglavlja Task scheduler).

Dakle saznali smo kako se radi o PID-u : 410561.

Koristiti ćemo prekidače :

• -p označava da dajemo PID od pokrenutog procesa
• -c označava da želimo numeričku listu CPU jezgri (umjesto bit maske koja nam je malo teže razumljiva)

taskset -p -c 410561

pid 410561's current affinity list: 0-7

Dobili smo kao rezultat da naš proces PID 410561 (zapravo se radilo o SSH servisu): ima CPU afinitet :0-7 (što znači 0,1,2,3,4,5,6 i 7). U našem slučaju se radilo o procesoru sa 8 jezgri. Dakle naš proces ih može koristiti sve (odnosno bilo koju od njih).

2. Postavimo CPU afinitet pokrenutom procesu, tako što se smije pokretati samo na CPU jezgri Br.1

taskset -p -c 1 410561

pid 410561's current affinity list: 0-7
pid 410561's new affinity list: 1

Rezultat je potvrda da je sada CPU afinitet promijenjen i to samo na CPU jezgru Br.1.

2.1 Moguće je postaviti CPU afinitet za niz CPU jezgri a ne samo za jednu. Postavimo ipak za naš proces PID : 410561, CPU afinitet na CPU jezgre 0 i 1.

taskset -p -c 0,1 410561

pid 410561's current affinity list: 1
pid 410561's new affinity list: 0,1

3. Postavimo CPU afinitet za proces koji tek pokrećemo (zove se /bin/moja-skripta-ili-program), na CPU jezgre 2 i 3.

taskset -c 2,3 /bin/moja-skripta-ili-program

4. Kombinacija CPU afiniteta i process/task scheduler prioriteta (Engl. Priority) i algoritma (Engl Scheduler policy) za naš program iz primjera prije.

taskset -c 2,3 chrt -f 78 /bin/moja-skripta-ili-program

Opis :

Postavimo CPU afinitet samo na jezgre 2 i 3

Postavimo parametre rada proces/task schedulera za naš program koji pokrećemo, na:

• -f odabir “SCHED_FIFO” algoritma
• 78 odabir prioriteta unutar gore navedenog algoritma : 78 (za taj algoritam: najniži prioritet=1 , najviši=99 ).

Objasnili smo što se događa sa pojedinim procesima ali što je sa nitima (Engl. Thread) unutar svakog pojedinog procesa odnosno aplikacije.

Naime u razvoju programa bilo bi dobro paziti da je program pisan tako da je moguće izvršavati više logičkih cjelina u paraleli odnosno razvijati aplikacije koje mogu koristiti više niti istovremeno. Sve imalo naprednije aplikacije (a pogotovo one za poslužiteljske namjene) su upravo tako i pisane.

Ovdje zapravo dolazimo do malih komplikacija. Iako Linux task/proces scheduler, što sam, a što s našim podešavanjem CPU afiniteta može vrlo dobro rasporediti pojedine procese (programe/aplikacije) na pojedine CPU jezgre. Ostaje pitanje kako će rasporediti niti (thread-ove) unutar svakog od tih procesa.

Sada zapravo ponovno dolazimo do područja koje više pripada Linux proces/task scheduleru ali ćemo to ipak objasniti ovdje.

Zapravo Linux Linux task/proces scheduler ne pravi razliku da li se radi o procesu ili niti te primjenjuje iste mehanizme za njih. Dakle ako je pokrenutom procesu dozvoljeno da koristi sve dostupne CPU jezgre sustava, on će ih i koristiti a istovremeno će niti unutar tog procesa također koristiti sve dostupne CPU jezgre.

Dakle optimizacijom svakog pojedinog procesa/programa/aplikacije prema Linux task/proces scheduleru radimo i optimizacije za sve njegove niti. Tako primjerice ako imamo pokrenuti program koji može koristiti 4 CPU jezgre a pisan je tako da ima samo dvije niti, te niti će se zapravo pokretati na dvije CPU jezgre.

Kako provjeriti koje niti našeg programa se pokreću na kojoj CPU jezgri ?

Prvo moramo naći PID našeg pokrenutog procesa/programa.

Recimo da smo pronašli da je PID 4071.

U našem primjeru radi se o programu imena kvm koji pokreće jedno virtualno računalo na našem poslužitelju, ali se može raditi o bilo kojem programu za koji znamo da koristi više niti u radu.

pidof kvm

4071

Za ovu potrebu, koristiti ćemo naredbu ps ali sa dodatnim parametrima, s kojima ćemo moći vidjeti sve što nas zanima o našem pokrenutom procesu:

ps -mo pid,tid,fname,user,psr -p 4071

    PID     TID COMMAND  USER     PSR
   4071       - kvm      root       -
      -    4071 -        root       5
      -    4096 -        root       3
      -    4097 -        root       5
      -    4098 -        root       3
      -    4100 -        root       3

Vidimo da naš proces (PID 4071) ima više niti - pogledajte Thread ID (TID) : 4071, 4096, 4097, 4098 i 4100 koje su trenutno aktivne (možda ih ima i više ali trenutno nisu aktivne) te kako se neke od njih pokreću na CPU jezgri 5 a neke na CPU jezgri 3.

Opis prekidača naredbe ps koje smo koristili :

• -mo Ispiši niti (Thread) poslije procesa (m) te nakon toga slijede dodatne opcije (o)
• pid Ispiši PID (Process ID) trenutnog (našeg) procesa
• tid Ispiši TID (Thread ID) (ID od svake niti) trenutnog (našeg) procesa
• fname Ispiši ime pokrenutog procesa/programa (vidljivo u stupcu ispod “COMMAND”)
• user Ispiši ime korisnika koji je pokrenuo ovaj (naš) proces/program
• psr Ispiši procesor (CPU jezgru) na kojoj se trenutno izvršava nit

Ako budemo pokretali gore navedenu naredbu više puta, vidjeti ćemo kako se niti raspoređuju po CPU jezgrama unutar granica koje su dozvoljene za trenutni proces.

Provjerimo ih kako smo naučili u prvom primjeru gore.

taskset -p -c 4071

pid 4071's current affinity list: 0-7

Dakle granica za ovaj proces/program su CPU jezgre 0 do 7.

Upravo zbog višenitnosti može nam izgledati kao da se naš višenitni (Engl. Multithread) proces/program/aplikacija prebacuje između više CPU jezgri - kada pratimo opterećenje sustava.

I na kraju ponovno proučite : Linux task/proces scheduler i također context switching te detalje direktno vezane uz “context switching” a odnose se na RAM memoriju i proces translacije adresa koji se mora učestalije događati u slučajevima ako imamo veći broj niti unutar programa u odnosu na njihovo paralelno izvršavanje i upotrebu CPU jezgri.

NUMA (Engl. Non-uniform memory access)

Na poslužiteljskim generacijama procesora (CPU) koji imaju i znatno veći broj jezgri unutar fizičkog procesora (12, 24, 28, 32 ili 36 ), moguće je na jednu matičnu ploču instalirati i dva ili više fizičkih procesora (CPU-a). Naravno ako to podržava sama matična ploča (i procesor).

Iako je ova tehnologija konceptualno nastala 1960-tih, pojavom prvih superračunala, njen dizajn se mijenjao do 1990-tih zbog drastičnih promjena u odnosima između brzine procesora u odnosu na brzinu RAM memorije.

Trenutni dizajn NUMA arhitekture su postavili AMD 2003 (s Opteron procesorima) te Intel kasnije 2007 na x86 (s Nehalem i Tukwila procesorima) i Itanium arhitekturi procesora.

S obzirom da svaki fizički procesor ima svoj ugrađeni memorijski kontroler (MMU) , kao i svoju memorijsku sabirnicu , sa pripadajućom RAM memorijom, sada dolazimo do situacije da za sustav s dva fizička procesora imamo:

• dva memorijska kontrolera (MMU) (svaki CPU ima svoj MMU)
• dvije memorijske sabirnice (svaki CPU ima svoju)
• dva niza RAM memorije (svaki “niz” RAM memorije pripada pojedinom CPU)
• Jednu dodatnu sabirnicu koja povezuje sve fizičke procesore, pri tome ugrubo imamo dva rješenja, AMD i Intel (i nekoliko podvarijanti):
  • AMD ovu sabirnicu (za NUMA odnosno multi CPU) zove HT (Engl. Hyper Transport Interconnects)
  • Intel ovu sabirnicu (za NUMA odnosno multi CPU) zove QPI (Engl. Quick Path Interconnect)

Pogledajmo dva NUMA dizajna tvrtki AMD i Intel

Starije AMD (prije Quad-core - Abu Dhabi MCM (6308) ) i starije Intel NUMA rješenje

Novije AMD (nakon Quad-core - “Abu Dhabi” MCM (6308)) i novije Intel (od Xeon 7000 serije (“Beckton”)) NUMA rješenje

Intel prezentacija QPI nove generacije te pregled tehnologija

Kako to izgleda u praksi ?

Slika prikazuje noviju generaciju Intel Xeon matičnih ploča, baziranih na Intel C602J chipsetu, za LGA2011 Xeon procesore, poput : Intel Xeon E7-8870V3 sa 36 jezgri unutar svakog fizičkog procesora.

Matična ploča na slici je Supermicro X10QBL-4 :

Na slici je vidljivo da je na novu matičnu ploču moguće ugraditi do 4 fizička Xeon procesora E7 generacije.

Svaki od ovih procesora podržava četverokanalni pristup RAM memoriji (preko svog MMU kontrolera i memorijske sabirnice).

Stoga svaki fizički procesor ima po dva niza utora za RAM memoriju i to svaki od njih po četiri utora za dvokanalnu RAM memoriju gore (na slici) te po jedan niz od četiri utora za RAM memoriju dolje (isto dvokanalni). Dakle svaki fizički procesor (na slici) ima ukupno 8 utora za RAM memoriju, koji su raspoređeni u četiri kanala (što osigurava četiri puta vežu brzinu u odnosu na jednokanalnu memoriju).

Na što još obratiti pažnju kod procesora - primjer za Intel (zbog lakše dostupnosti podataka od strane Intel-a)

Svaki procesor koji podržava NUMA arhitekturu dizajniran je za NUMA sustav određene veličine.

Pogledajmo karakteristike tri Intel Xeon “NUMA” procesora :

Podatak o skaliranju (2S ili S2S) , (S4S) ili (S8S) nam govori kako su pojedini procesori dizajnirani za rad odnosno kako se mogu ugraditi na matične ploče koje imaju:

• dva procesorska (CPU) utora (S2S ili 2S)
• četiri procesorska (CPU) utora (S4S) ili
• osam procesorskih (CPU) utora (S8S)

Dakle nije moguće pokrenuti sustav koji ima recimo četiri procesorska utora na matičnoj ploči, sa procesorima koji ih podržavaju samo dva (pr. S2S procesori).

Osim toga novije generacije procesora imaju sve veću propusnost QPI linkova.

U čemu je problem ?

U samom radu operacijskog sustava, prema tome da li se koristi na SMP sustavu (jedan fizički procesor sa više jezgri) ili NUMA sustavu(više fizičkih procesora od kojih svaki ima više jezgri) očito postoje velike razlike.

Zbog toga što NUMA ima popriličan utjecaj na performanse kod pristupa RAM memoriji, potrebne su i intervencije na strani operacijskog sustava, koji mora biti svjestan NUMA arhitekture. Osim toga porebne su i promjene na razini softvera, vezano za višenitni rad i pozicioniranje samih niti i procesa što bliže fizičkom procesoru (tj. NODE-u prema NUMA terminologiji).

Podrška za NUMA tehnologiju se počela razvijati s Linux kernelom v.2.4 a buduće verzije (danas trenutne) v.2.6 te v.3.0 i novije donijele su nam robustniju i stabilnu podršku. To znači da već od LTS verzija linux kernela v.2.6.32 na dalje Linux proces/task scheduler u kombinaciji s upravljačim programima i modernim aplikacijama pouzdano odrađuje sve zadatke koje pred njih postavlja NUMA tehnologija.

Manifestacije loše upotrebe ili konfiguracije NUMA-e, mogu imati za posljedicu sporiji rad ili usporavanja aplikacija ili u slučaju Virtualizacije, usporavanja rada virtualnih računala.

Na slici je vidljiv slučaj kada proces/program/aplikacija pokrenuta na prvom fizičkom procesoru (NODE 0) i to na njegovoj prvoj CPU jezgri (CORE 0 (označeno crvenom bojom)) koristi RAM memoriju.

Pošto o ovom slučaju, konkretan proces/program/apikacija nije svjesna NUMA arhitekture, on može (i vrlo često hoće) koristiti RAM memoriju, koja nije lokalna njegovom fizičkom procesoru (NUMA NODE 0) i njegovom memorijskom kontroleru, već drugom fizičkom procesoru.

Zbog toga što RAM memorija koju je on počeo koristiti nije njemu lokalna, on mora preko međuveze između fizičkih procesora (Intel QPI ili AMD HT) i to preko drugog fizićkog procesora (NUMA NODE 1) i njegovog memorijskog kontrolera dohvatiti RAM memoriju. Ova RAM memorija je prema tome lokalna (Engl. Local) za NUMA NODE 1 ali je za NUMA NODE 0 ona udaljena (Engl. Remote).

Jasno je da ovo unosi kašnjenje, prvo: prolaz između procesora prema drugom procesoru, i potom korištenje drugog memorijskog kontrolera (s drugog procesora), te prijenos podataka u suprotnom smjeru. Ovaj proces se ponavlja kod svakog pojedinog pristupa RAM memoriji.

Prema nekim mjerenjima, razlike u latenciji (kašnjenju) između pristupa lokalnoj RAM memoriji i NUMA udaljene memorije dosežu i do 50%.

Ovisno o dizajnu odnosno internoj arhitekturi procesora, ovisi kako Linux numerira jezgre procesora.

Slijedeća slika predstavlja logičku shemu AMD NUMA topologije koja je u upotrebi na “Abu-Dhabi” arhitekturi (Opteron 6300) procesora:

Kao što je vidljivo na slici, numeriranje jezgri u NUMA arhitekturi, na Linuxu, može varirati, ovisno o modelu vašeg procesora.

Kakva je trenutna podrška za NUMA kod aplikacija i programskih jezika za Linux ?

• Linux KVM hypervisor i QEMU imaju podršku za NUMA ( i odličan NUMA scheduler). Noviji Qemu (v.3.4.+) ima riješen NUMA scheduler koji je u rangu Enterprise rješenja komercijalnih proizvođaća platformi za virtualizaciju.
• Java 7 ima podršku za “NUMA-aware” alokaciju RAM memorije.
• …

NUMA Statistike i informacije

Za provjeru dostupnosti NUMA procesora te njihove raspored, možemo pokrenuti naredbu numactl –hardware:

Pogledajmo malo stariji poslužitelj s dva fizička procesora (Intel Xeon E5606), od kojih svaki ima četiri jezgre.

Logički izgled navedenog Xeon procesora (E5606) je

Pogledajmo i kako to izgleda prema dijagnostici

numactl --hardware

available: 2 nodes (0-1)
node 0 cpus: 0 2 4 6
node 0 size: 49141 MB
node 0 free: 7227 MB
node 1 cpus: 1 3 5 7
node 1 size: 49151 MB
node 1 free: 7278 MB
node distances:
node   0   1
  0:  10  20
  1:  20  10

Dakle vidimo da imamo dva fizička procesora ( available: 2 nodes (0-1) ).

Osim toga vidiljivo je i to da su na:

• prvom fizičkom procesoru ( node0 ), dostupne jezgre, koje Linux vidi kao :
  • 0 , 2 , 4 i 6

• drugom fizičkom procesoru ( nodeq ), dostupne jezgre, koje Linux vidi kao :
  • 1 , 3 , 5 i 7

Također vidimo da :

• prvi fizički procesor ( node0 ), ima :
  • 49141 MB RAM memorije dostupno
  • 7227 MB RAM memorije slobodno

• drugi fizički procesor ( node1 ), ima :
  • 49151 MB RAM memorije dostupno
  • 7228 MB RAM memorije slobodno

Node distances

Tablica na kraju prikazuje Tzv. SLIT (Engl. System Locality Information Table) i SRAT (Static Resource Affinity Table) - ako je podržana od strane procesora. U našem primjeru gore nije podržana SLIT tablica jer se radi o vrlo starom procesoru, te nemamo točna očitanja latencije između fizičkih procesora.

SRAT tablica pokazuje nam kojemu fizičkom procesoru pripada koji blok RAM memorije. Ovaj pojam se zove i “proximity domain” prema ACPI-ju. Fizički procesor se naziva i “NODE” prema NUMA terminologiji.

Udaljenost odnosno vremena kašnjenja (Engl. Delay) između fizičkih procesora (NODES) su upisana u SLIT tablicu.

Na novijim procesorima SLIT i SRAT tablicama sustav može pristupiti preko ACPI (Engl. Advanced Configuration and Power Interface ) poziva.

NODE se sastoji od jednog fizičkog procesora i njegove pripadajuće RAM memorije.

Svi NODE-ovi (fizički procesori) su povezani međusobom (ovisno o implementaciji i proizvođaču kako smo vidjeli):

• serijskom vezom (direktna veza jednog CPU a drugim) -ako imamo 2 fizička procesora
• u topologiji prsten - ako ih imamo 4 ili više
• u “Mesh” topologiji (svaki sa svakim - ako ih imamo 4 ili više).

Ako se radi o više od dva procesora u prstenastom NUMA spoju to znači da pristup RAM memoriji sa NODE 0 (procesora 1) na RAM memoriju NODE 1 procesora ima samo prolaz kroz NODE 1 procesor. S druge strane pristup RAM memoriji s NODE 0 (procesor 1) na RAM memoriju NODE 3 (procesor 3) zahtjeva prolaz kroz još jedan procesor (ili kroz NODE 2). U složenijim NUMA arhitekturama, koristi se međuveza prstenastog spoja : 1 - 2 - 3 - 1.

Kod “Mesh” NUMA topologije svaki fizički procesor ima direktnu vezu s bilo kojim drugim fizičkim procesorom pa prema tome kašnjenje može biti samo s jednog preko drugog (nikada nema onog trećeg u nizu).

Dakle na novijim procesorima koji nam daju informacije o SLIT tablica pokazuje udaljenost odnosno kašnjenja ovisno s kojeg fizičkog procesora pristupamo kojoj RAM memoriji (lokalnoj - našem CPU-u ili udaljenoj koja pripdada drugom CPU-u).

Tablica za četveroprocesorski sustav koji ima noviju generaciju CPU-a bi izgledala otprilike ovako (Dakle imamo 4 x fizički CPU ):

node distances:
node   0   1   2  3
  0:  10  12  17  12
  1:  12  10  12  17
  2:  17  12  10  12
  3:  12  17  12  10

Ova tablica nam govori da ako NUMA NODE 0 (CPU 1) pristupa svojoj lokalnoj RAM memoriji, da mu za t otreba 1.0 ns (nano sekundi). Ako isti procesor želi pristupati RAM memoriji NUMA NODE 1 (CPU 2) , za to mu je potrebno malo viš vremena : 1.2ns a ako želi pristupati RAM memoriji NUMA NODE 2 (CPU 3), tada mu za to treba čak 1.7 ns.

Vratimo se na naš stariji dvoprocesorski isustav

Ako želimo vidjeti listu svih dostupnih CPU jezgri i dodatne informacije, za to možemo koristiti : numactl –show

numactl --show

policy: default
preferred node: current
physcpubind: 0 1 2 3 4 5 6 7
cpubind: 0 1
nodebind: 0 1
membind: 0 1

Vidljivo je da imamo ukupno 8 CPU jezgri na sustavu ( physcpubind: 0 1 2 3 4 5 6 7 ), podjeljenih u dvije grupe (Tzv. “memory nodes” , pošto i imamo dva NODE-a tj. dva fizička CPU-a : 0 1 ).

Za ručnu provjeru NUMA statistike (u slučaju da imamo dva fizička procesora) može pokrenuti naredbe:

echo "Message : Node0 , Node1 "; join /sys/devices/system/node/node0/numastat /sys/devices/system/node/node1/numastat |awk '{print $1 ":" , $2 ",", $3 }'

Opis: čitamo statistike koje su vidljive za svaki NUMA node (fizički CPU). Statistike su dostupne u datoteci :

• /sys/devices/system/node/node0/numastat za prvi NUMA node (broji se od 0)
• /sys/devices/system/node/node1/numastat za drugi NUMA node
• Naredba join povezuje statistike iz obije datoteke u jednu (pošto obije datoteke imaju istu strukturu - stupaca i redova a mijenjaju se samo “brojevi”).
• Naredbom awk samo filtriramo ispis

Rezultat će biti nešto slično ovome (ako je sve uredu s NUMA):

Message : Node0 , Node1
numa_hit: 31413614, 16686285
numa_miss: 0, 0
numa_foreign: 0, 0
interleave_hit: 20108, 20261
local_node: 31413376, 16664958
other_node: 238, 21327

Ovdje nam je važno da numa_miss i numa_foreign budu nula (0), što znači da nije bilo prebacivanja/korištenja RAM memorije s krivog fizičkog procesora.

Osim ovog ručnog rada, moguće je koristiti i naredbu numastat.

To onda izgleda ovako:

numastat
                           node0           node1
numa_hit              4144953406      3911786342
numa_miss                      0               0
numa_foreign                   0               0
interleave_hit             33306           33295
local_node            4144950529      3911749267
other_node               6648721       124510471

Pogledajmo i jedan loše konfiguriran NUMA sustav:

numastat
                           node0           node1
numa_hit              4401481650      4152273756
numa_miss                7270135       143548866
numa_foreign           143548866         7270135
interleave_hit             33306           33295
local_node            4401478648      4152236667
other_node               7273137       143585955

Ulazno izlazna komponenta NUMA-e odnosno NUMA I/O je vezana uz NUMA node slično kao što je memorijski kontroler i njegova lokalna RAM memorija vezana uz svoj NUMA node. Dakle svaki fizički procesor osim što ima svoj memorijski kontroler i svoju lokalnu RAM memoriju, također ima i pristup na svoju lokalnu sabirnicu (pr. PCI Express). Tako da već u NUMA sustavima s dva fizička procesora (dva NUMA node-a) imamo i dvije odvojene PCI Express sabirnice - svaka je spojena na svoj procesor, kao na slici:

Slika prikazuje Dell PowerEdge R720 poslužitelj s dva fizička procesora Intel Xeon E5-2600.

Ponovno dolazimo do problema kao i s RAM memorijom

Nakon inicijalizacije BIOS-a, BIOS operacijskom sustavu (Linux) dalje prosljeđuje informacije o tome koji PCI Express (PCIe) uređaj pripada kojem NUMA node-u (fizičkom procesoru). Pošto se na PCI Express sabirnici nalaze razni uređaji : od disk kontrolera, mrežnih i grafičkih kartica i sl. vrlo je važno da je operacijski sustav toga svjestan, te da su u konačnici i upravljački programi (prema Linux terminologiji “Kernel moduli”) svjesni NUMA arhitekture. Ovaj problem se proteže sve do procesa/programa/aplikacija koji koriste ove (praktično sve) uređaje.

Sada imamo komplikaciju :

Uređaj ← → PCI Express sabirnica ← → NUMA Node (CPU) ← → BIOS ← → upravljački programi (driveri) ← → Linux kernel ← → programi/aplikacije (procesi).

I naravno svi u nizu moraju biti svjesni NUMA arhitekture.

Na svim novijim linux kernelima (2.6.32 ili noviji), sve komponente sustava su dovoljno “svjesne” NUMA i NUMA I/O te su uglavnom jedine optimizacije vezane za NUMA CPU afinitet u smjeru :

• Linux program ← NUMA I/O → Uređaj

Pozicioniranje CPU afiniteta za program koji zahtjeva vršne performanse, na isti NUMA node, preko kojega koristimo NUMA I/O operacije. To znači da ako imamo mrežno vrlo intenzivnu aplikacju/program (10 Gbps +) a mrežna kartica koju ona koristi se nalazi na NUMA I/0 koji je spojena na NUMA Node 0, tada bi se i ta aplikacija trebala nalaziti/pokretati na istom NUMA node-u (tj. bilo kojoj CPU jezgri na tom NUMA node-u).

Očekivane performanse tada mogu porasti čak do dva (2) puta.

Slika prikazuje mjerenje mrežnih performansi generiranih/mjerenih pomoću naredbe netcat s obzirom na korištenje NUMA I/O i CPU afiniteta u svezi s njim. Mrežne kartice su 40Gbps, spojene na PCI express utor, koji se nalazi na NUMA Node0 , na kojemu se nalazi i RAID kontroler. I mrežna kartica i RAID kontroler su natjerani da koriste IRQ na istom NUMA Node 0. Razlika je samo u tome da li se naredba netcat pokretala na NUMA Node 0 ili NUMA Node 1 CPU jezgrama.

Slika je preuzeta iz Dell dokumenta “NUMA Best Practices for Dell PowerEdge 12th Generation Servers”.

Kako saznati koji uređaj (na kojoj PCI sabirnici) pripada kojem NUMA node-u ?

Prvo pogledajmo sve PCI uređaje - izlistajmo ih (prikazati ćemo skraćeni ispis, zbog razumijevanja):

Za ovu potrebu ćemo koristiti naredbu lspci.

lspci

...
00:00.0 Host bridge: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 DMI2 (rev 07)
00:01.0 PCI bridge: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 IIO PCI Express Root Port 1a (rev 07)

01:00.0 Ethernet controller: Broadcom Corporation NetXtreme BCM5720 Gigabit Ethernet PCIe
01:00.1 Ethernet controller: Broadcom Corporation NetXtreme BCM5720 Gigabit Ethernet PCIe
02:00.0 Ethernet controller: Broadcom Corporation NetXtreme BCM5720 Gigabit Ethernet PCIe
02:00.1 Ethernet controller: Broadcom Corporation NetXtreme BCM5720 Gigabit Ethernet PCIe


00:04.0 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 DMA Channel 0 (rev 07)
00:04.1 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 DMA Channel 1 (rev 07)
00:04.2 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 DMA Channel 2 (rev 07)
00:04.3 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 DMA Channel 3 (rev 07)

00:1f.2 SATA controller: Intel Corporation C600/X79 series chipset 6-Port SATA AHCI Controller (rev 05)
03:00.0 RAID bus controller: LSI Logic / Symbios Logic MegaRAID SAS 2208 [Thunderbolt] (rev 01)
...
...
3f:08.0 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 QPI Link 0 (rev 07)
3f:09.0 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 QPI Link 1 (rev 07)
3f:0b.0 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 Interrupt Control Registers (rev 07)
3f:0c.6 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 Integrated Memory Controller System Address Decoder 0 (rev 07)
...
40:01.0 PCI bridge: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 IIO PCI Express Root Port 1a (rev 07)
40:02.0 PCI bridge: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 IIO PCI Express Root Port 2a (rev 07)
40:03.0 PCI bridge: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 IIO PCI Express Root Port 3a in PCI Express Mode (rev 07)
40:03.2 PCI bridge: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 IIO PCI Express Root Port 3c (rev 07)
40:04.0 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 DMA Channel 0 (rev 07)
40:04.1 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 DMA Channel 1 (rev 07)
40:04.2 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 DMA Channel 2 (rev 07)

40:05.0 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 Address Map, VTd_Misc, System Managem
...
...
7f:08.0 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 QPI Link 0 (rev 07)
7f:09.0 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 QPI Link 1 (rev 07)

7f:0b.0 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 Interrupt Control Registers (rev 07)
7f:0b.3 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 Semaphore and Scratchpad Configuration Registers (rev 07)

7f:0c.6 System peripheral: Intel Corporation Xeon E5/Core i7 Integrated Memory Controller System Address Decoder 0 (rev 07)
...
...

U grubo je vidljivo da su na ovom poslužitelju (Dell PowerEdge R730) vidljiva četiri niza PCI Express sabirnica:

Prema numeričkim oznakama :

• 0:yy.z –> Sve PCI oznake koje počinju s 0
• 3f:yy.z –> Sve PCI oznake koje počinju s 3f
• 40:yy.z –> Sve PCI oznake koje počinju s 40
• 7f:yy.z –> Sve PCI oznake koje počinju s 7f

Prvu oznaku nazovimo X.

Na svakom od tih PCI Express sabirnica se nalaze PCI express uređaji. Neki su ugrađeni na matičnu ploču (veči dio njih) a neki su spojeni na PCI Express utore kao zasebne kartice. Oznake koje su pod x , yy ili z označavaju identifikator određenog uređaja na sabirnici (sabirnicama, pošto ih svaki NUMA node ima više).

Unutar direktorija /sys/devices/pci0000:X se nalaze informacije o tim uređajima.

Kako to izgleda :

ls -al /sys/devices/ | grep pci0000

drwxr-xr-x 31 root root 0 May 18 12:02 pci0000:00
drwxr-xr-x 46 root root 0 May 30 15:01 pci0000:3f
drwxr-xr-x 18 root root 0 May 30 15:01 pci0000:40
drwxr-xr-x 46 root root 0 May 30 15:01 pci0000:7f

Unutar svakog od tih direktorija se nalazi identifikator točnog uređaja.

Ako iz naredbe lspci izvučemo samo recimo identifikator za prvu mrežnu karticu :

01:00.0 Ethernet controller: Broadcom Corporation NetXtreme BCM5720 Gigabit Ethernet PCIe

Dobivamo : 01:00.0 što znači da je naš vršni direktorij /sys/devices/pci0000:00 unutar kojega mora postojati direktorij za naš uređaj 01.0.

Pazite na to kako se znak : u nazivu direktorija, kod izlistavanja, mora "escape-ati" sa znakom \ i to ovako:

ls -al  /sys/devices/pci0000\:00/

....
drwxr-xr-x  3 root root    0 May 30 15:01 0000:00:00.0
drwxr-xr-x  8 root root    0 May 18 12:02 0000:00:01.0
drwxr-xr-x  8 root root    0 May 18 12:02 0000:00:01.1
drwxr-xr-x  6 root root    0 May 30 15:01 0000:00:02.0
drwxr-xr-x  7 root root    0 May 18 12:02 0000:00:02.2
drwxr-xr-x  6 root root    0 May 30 15:01 0000:00:03.0
...

U ovom skraćenom izlistanju imamo naš direktorij 0000:00:01.0.

Uđimo u njega:

cd  /sys/devices/pci0000\:00/0000\:00\:01.0/

cat numa_node

0

Sadržaj datoteke numa_node nam daje informaciju na koji NUMA NODE je spojen naš PCI (Express) uređaj, u ovom slučaju naša mrežna kartica.

Isto vrijedi i za sve PCI identifikatore/uređaje.

Osim ove informacije, pohranjene je i lista NUMA jezgri na navedenom node-u, koje ovaj uređaj smije koristiti. Informacija o listi jezgri se nalazi u datoteci : local_cpulist (- ne zanoravimo - unutar svakog direktorija koji je identifikator PCI uređaja).

Pogledajmo:

cat local_cpulist

0,2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24,26,28,30

Ovdje se nalazi i interrupt (IRQ) koji ovaj uređaj koristi (datoteka irq):

cat irq

95

Dakle ovaj uređaj koristi IRQ 95.

Napomena vezana za interrupte - svi noviji uređaji koriste MSI interrupte ("IR-PCI-MSI-edge" stupac u IRQ tablici ) , koji se mapiraju na malo drugačiji način (i poput ove integrirane mrežne kartice koju smo promatrali).

Više detalja u tome koju vrstu IRQ neki uređaj koristi možemo vidjeti s naredbom lspci -v -s nakon koje slijedi identifikator PCI uređaja, poput ovoga koji smo gledali.

lspci -v -s 01:00.0

01:00.0 Ethernet controller: Broadcom Corporation NetXtreme BCM5720 Gigabit Ethernet PCIe
        Subsystem: Dell Device 1f5b
        Flags: bus master, fast devsel, latency 0, IRQ 35
        Memory at d91a0000 (64-bit, prefetchable) [size=64K]
        Memory at d91b0000 (64-bit, prefetchable) [size=64K]
        Memory at d91c0000 (64-bit, prefetchable) [size=64K]
        Expansion ROM at dc800000 [disabled] [size=256K]
        Capabilities: [48] Power Management version 3
        Capabilities: [50] Vital Product Data
        Capabilities: [58] MSI: Enable- Count=1/8 Maskable- 64bit+
        Capabilities: [a0] MSI-X: Enable+ Count=17 Masked-
        Capabilities: [ac] Express Endpoint, MSI 00
        Capabilities: [100] Advanced Error Reporting
        Capabilities: [13c] Device Serial Number 00-00-e0-db-55-0f-98-70
        Capabilities: [150] Power Budgeting <?>
        Capabilities: [160] Virtual Channel
        Capabilities: [230] Transaction Processing Hints
        Kernel driver in use: tg3

Ako vas zanimaju MSI interrupti, pogledajte http://lwn.net/Articles/44139/

I na kraju, optimizacija za NUMA I/O se svodi na optimizaciju nekoliko komponenti :

• na najnižoj razini provjeriti koji IRQ koristi uređaj čiji NUMA I/O optimiziramo - treba biti na istom NUMA NODE-u, tj CPU jezgri (ili jezgrama) unutar tog istog NUMA NODE-a
• proces/program/aplikacija mora također biti na istom NUMA NODE-u kao i sam uređaj i njegov IRQ.

Slično kao i kod SMP sustava, na NUMA sustavima je također moguće postaviti “CPU affinity” tj. nazovimo to CPU afinitet. Ali ovdje se radi o CPU afinitetu koji je svjestan NUMA arhitekture odnosno pripadnosti RAM memorije određenom memorijskom kontroleru odnosno fizičkom procesoru.

Kada bi za ovu namjenu koristili SMP alate (poput taskset) nikada ne bi bili sigurni na kojem NUMA node-u (fizičkom procesoru bi određeni proces ili thread bio pokrenut a s kojeg NUMA node-a bi koristio RAM memoriju). Dakle treba nam alat za CPU afinitet koji je svjestan NUMA arhitekture.

Program koji nam daje ove mogućnosti zove se numactl a koristi se slično kao i taskset.

Primjeri

1. Postavljanje NUMA CPU afiniteta za cijeli fizički procesor (NUMA NODE). U ovom primjeru našem procesu ćemo dozvoliti kako bi se mogao pokretati na bilo kojoj CPU jezgri ali unutar jednog NUMA NODE-a (fizičkog procesora). S ovime smo osigurali pristup bilo kojoj CPU jezgri na jednom NUMA NODE-u pa smo sigurni kako će dohvaćanje RAM memorije biti uvijek lokalno tj. upotrebom memorijskog kontrolera ovog fizičkog procesora, bez potrebe za dohvaćenjem udaljene RAM memorije (ovu opciju smo osigurali prekidačem –localalloc).

U primjeru koji slijedi naš proces ćemo vezati za NUMA NODE-0 te će moći koristiti samo RAM memorjiu od tog fizičkog procesora

numactl --localalloc --cpunodebind=0 IME_PROGRAMA

Opis :

• –localalloc zadaje alociranje samo NUMA lokalne RAM memorije (one koja pripada definiranom fizičkom procesoru)
• –cpunodebind= zadaje na kojem NUMA node-u (fizički procesor) se program smije izvršavati (to znači da može koristiti sve CPU jezgre na tom fizičkom procesoru).

Što je još moguće definirati ?

* –interleave=all s ovom opcijom uključujemo “Memory policy controll” mehanizam koji za razliku od –localalloc pokušava koristiti lokalnu RAM memoriju, sve dok je moguće, a tada počinje koristiti i udaljenu RAM memoriju (koja pripada udaljenom NUMA node - fizičkom CPU) i to korištenjem “Round robin” algoritma. Ovo je korisno ako znamo da naša aplikacija treba više RAM memorije nego je dostupno pojedinom fizičkom procesoru (NUMA node-u). Osim vrijednosti all , moguće je definirati i brojčanu oznaku NUMA node-ova. Drugi primjer upotrebe bi bio kod optimizacije I/O operacija na sustavima s 4 ili više NUMA node-ova (4P ili 8P sustavi) kada točno znamo koji I/O uređaj (disk kontroler, mrežna kartica ili sl.) fizički pripada kojem NUMA node-u. I ovdje vrijednosti mogu biti : pojedini NUMA node ID (0 ili 1 ili 2 ili) ili niz NUMA node ID-ova (0,1,2,3 ili 0,2 i sl.).

* –membind=Z s ovom opcijom je moguće definirati s kojg NUMA node-a će se koristiti RAM memorija. Z može biti broj NUMA node-a

* –physcpubind=Y s ovom opcijom možemo raditi finiju granulaciju, na kojim CPU jezgrama (unutar NUMA node-a (X) koji smo definirali s –cpunodebind=X) se određeni program može pokretati. Y može biti jezgra : poput 1 , ili niz jezgri poput 1,3,5,7 (odvojenih zarezom).

numad je linux daemon (servis) koji automatski prati NUMA topologiju i korištenje njenih resursa. numad može pomoći pri dinamičkoj raspodjeli resursa na način da prati iskorištavanje CPU jezgri za svaki pokrenuti proces. S obzirom da je on “svjestan” NUMA arhitekture on pokušava tako rasporediti procese (prema CPU jezgrama) da su uvijek u mogućnosti pristupiti podacima iz lokalne memorije te tako smanjiti latenciju. Dakle on se brine o tome da svaki pokrenuti proces bude dodjeljen NUMA CPU jezgri unutar jednog NUMA NODE-a.

Sve što je potrebno je pokrenuti ovaj daemon/servis:

service numad start

A ako se nakon nekog vremena njegove upotrebe odlučimo kako bi se on automatski pokretao s pokretanjem sustava, dovoljno je napraviti slijedeće:

chkconfig numad on

Napomena

Ako je KSM u upotrebi na NUMA sustavu , promijenite vrijednost parametra :

/sys/kernel/mm/KSM/merge_nodes na 0 kako bi se izbjeglo spajanje stranica (misli se na Memory Pages) na NUMA NODE-ovima (čvorovima).

Inače, KSM tada može povećati latenciju jer će koristi pristup udaljenoj NUMA memoriji (na drugom fizičkom procesoru) i lokalnoj memoriji istovremeno, na način da koristi memorijske stranice (pogledajte poglavlje o RAM memoriji - Paging) i sa lokalno dostupne RAM memorije i sa NUMA udaljene memorije, unutar adresnog prostora istog procesa.

Osim toga, statistike o korištenju memorijskih stranica (Memory pages) koje vodi kernel, mogu postati kontradiktorne, nakon velikiog broja spajanja stranica u memoriji - koje se nalaze između NUMA NODE-ova.

Stoga kombinacija numad i KSM tj. ksmtuned daemona/servisa često nije baš najbolje riješenje.

S obzirom da je potrebno pratiti stanje sustava s vremena na vrijeme (ponekad i konstantno) važno je upoznati se s alatima koji su nam dostupni na Linuxu, za tu namjenu.

Svi alati koje ćemo spomenuti, mogu se koristiti i na SMP i NUMA sustavima.

Ovaj primjer smo već vidjeli za SMP sustav ali ćemo ga ipak ponoviti:

Prvo moramo naći PID našeg pokrenutog procesa/programa.

U našem primjeru radi se o programu imena kvm koji pokreće jedno virtualno računalo na našem poslužitelju, ali se može raditi o bilo kojem programu za koji znamo da koristi više niti u radu.

pidof kvm

4071

Pronašli smo da je PID (Process ID) 4071.

Za ovu potrebu, koristiti ćemo naredbu ps ali sa dodatnim parametrima, s kojima ćemo moći vidjeti sve što nas zanima o našem pokrenutom procesu:

ps -mo pid,tid,fname,user,psr -p 4071

    PID     TID COMMAND  USER     PSR
   4071       - kvm      root       -
      -    4071 -        root       5
      -    4096 -        root       3
      -    4097 -        root       5
      -    4098 -        root       3
      -    4100 -        root       3

Vidimo da naš proces (PID 4071) ima više niti - pogledajte Thread ID (TID) : 4071, 4096, 4097, 4098 i 4100 koje su trenutno aktivne (možda ih ima i više ali trenutno nisu aktivne) te kako se neke od njih pokreću na CPU jezgri 5 a neke na CPU jezgri 3.

Svako pokretanje gore navedene naredbe očitava trenutno stanje - u djeliću sekunde kada smo pokrenuli naredbu.

Opis prekidača naredbe ps koje smo koristili :

• -mo Ispiši niti (Thread) poslije procesa (m) te nakon toga slijede dodatne opcije (o)
• pid Ispiši PID (Process ID) trenutnog (našeg) procesa
• tid Ispiši TID (Thread ID) (ID od svake niti) trenutnog (našeg) procesa
• fname Ispiši ime pokrenutog procesa/programa (vidljivo u stupcu ispod “COMMAND”)
• user Ispiši ime korisnika koji je pokrenuo ovaj (naš) proces/program
• psr Ispiši procesor (CPU jezgru) na kojoj se trenutno izvršava nit

Naredba top osim standardnog rada, može nam prikazati stanje točno određenog procesa (prema PID-u). Stoga ćemo naredbu top pokrenuti s prekidačem -p iza kojega mora slijediti PID od procesa koji pratimo:

top -p 4071

Sada ćemo dobiti klasični ekran naredbe top:

top - 11:10:10 up 112 days, 12:19,  1 user,  load average: 0.08, 0.07, 0.05
Tasks:   1 total,   0 running,   1 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  1.1 us,  0.7 sy,  0.0 ni, 97.2 id,  1.1 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem:  98990200 total, 84836948 used, 14153252 free,  1342968 buffers
KiB Swap: 91488252 total,    39116 used, 91449136 free, 63898336 cached

    PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S  %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
   4071 root      20   0 8737m 7.8g 4060 S   7.7  8.3   2246:53 kvm

1. Pritisnimo tipku f

2. Odaberite (“korsorskim” tipkama - strelice gore/dolje) - P = Last Used Cpu (SMP)

3. Stisnite razmak (Space) kada ste došli na polje P = Last Used Cpu (SMP) , pojaviti će se znak * ispred odabranog polja.

4. Stisnite tipku q

Sada ćemo dobiti novi prikaz:

top - 11:13:33 up 112 days, 12:22,  1 user,  load average: 0.00, 0.03, 0.04
Tasks:   1 total,   0 running,   1 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  1.2 us,  0.5 sy,  0.0 ni, 97.1 id,  1.1 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem:  98990200 total, 84837136 used, 14153064 free,  1342968 buffers
KiB Swap: 91488252 total,    39116 used, 91449136 free, 63898568 cached

    PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S  %CPU %MEM    TIME+  COMMAND  P
   4071 root      20   0 8737m 7.8g 4060 S   7.3  8.3   2247:12 kvm      5

Pogledajte donji red, zadnji stupac P, u kojemu je vidljiv broj trenutne CPU jezgre koja obrađuje naš proces (PID 4071).

Vidimo kako se na kraju (desno) pojavio stupac P ispod kojega se za naš proces prikazuje CPU jezgra koja ga trenutno obrađuje (pričekajte malo i vidjeti ćete kako se mijenja).

Dodatno, moguće je pratiti i opterećenja pojedinih CPU jezgri, u stvarnom vremenu. Izađimo it programa top i pokrenimo ga pnovno:

top

Sada pritisnite broj 1 te će se prikaz promijeniti u prikaz opterećenja CPU jezgri:

top - 10:25:29 up 107 days, 23:08,  1 user,  load average: 0.06, 0.07, 0.01
Tasks: 557 total,   1 running, 556 sleeping,   0 stopped,   0 zombie

%Cpu0  :  9.7 us,  1.3 sy,  0.0 ni, 89.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu1  :  2.3 us,  1.0 sy,  0.0 ni, 96.7 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu2  : 10.7 us,  2.7 sy,  0.0 ni, 85.3 id,  1.3 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu3  :  1.7 us,  1.3 sy,  0.0 ni, 97.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu4  :  0.7 us,  0.7 sy,  0.0 ni, 98.7 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu5  :  1.3 us,  0.3 sy,  0.0 ni, 98.3 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu6  :  0.3 us,  0.3 sy,  0.0 ni, 99.3 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
%Cpu7  :  2.8 us,  0.3 sy,  0.0 ni, 96.9 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st

KiB Mem:  98989844 total, 86677952 used, 12311892 free,  1974044 buffers
KiB Swap: 91488252 total,   128660 used, 91359592 free, 62241620 cached

    PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S  %CPU %MEM    TIME+  COMMAND
 489972 48        20   0  234m 126m 2596 S  18.2  0.1   0:19.97 ruby
 634197 500       20   0 6568m 2.5g 6872 S   9.9  2.6  11189:50 java
   3881 root      20   0 13.6g  13g 3828 S   4.0 13.8   6522:53 kvm
   3842 root      20   0  208m  39m 4324 S   2.6  0.0   1347:25 pvestatd
   2274 root      10 -10  305m  98m 5996 S   0.7  0.1 564:37.30 ovs-vswitchd
   3168 root      20   0  355m  26m  25m S   0.7  0.0 405:51.43 pmxcfs
   3289 root       0 -20  264m  62m  42m S   0.7  0.1 398:53.59 corosync
 499278 root      20   0 23532 2008 1188 R   0.7  0.0   0:00.07 top
   ...                        ...            ...            ...

Ispis je skraćen zbog potrebe prikaza ali u gornjem dijelu slike, vidljivo je opterečenje prema CPU jezgrama: CPU0 - CPU7 (ovo je računalo sa 8 CPU jezgri).

Ova naredba ponekada nije instalirana na sustav. Ako nije instalirana, instalirajte ju:

yum install htop

Pokrenimo ju :

htop

Stisnite F2 ,odaberite (s kursorkim tipkama - strelice gore/dolje i ENTER) :

1. Idite na Setup

2. Potom dolje na Columns

3. Idite desno na Available Coumns i idite dolje te označite polje PROCESSOR (ENTER), kao na slici>

4. Stisnite tipku ESC

Sada ćete vidjeti statistike za sve procese, s time da će se s lijeve strane u prvom stupcu vidjeti i koja CPU jezgra se trenutno koristi za koji proces (stupac CPU), kao na slici:

U gornjem dijelu ekrana je vidljiva i grafička reprezentacija upotrebe svake CPU jezgre kao i RAM memorije. U donjem dijelu su informacije o svakom pokrenutom procesu, slično kao kod naredbe top.

Naredba sar, dolazi nam u paketu sysstat, koji je ponekad potrebno instalirati. Ova naredba nam nudi praćenje raznih statistika sustava a mi ćemo se fokusirati na dio u kojemu možemo vidjeti opterećenja pojedinih CPU jezgri. Za ovu potrebu ćemo koristiti: sar -P ALL

Dodatno ćemo pratiti statistiku svake sekunde (1) i to četiri (4) puta za redom.

sar -P ALL 1 4

...
12:00:01 AM     CPU     %user     %nice   %system   %iowait    %steal     %idle
12:10:01 AM     all      0.01      0.00      0.00      0.06      0.00     99.93
12:10:01 AM       0      0.00      0.00      0.00      0.12      0.00     99.87
12:10:01 AM       1      10.01     0.00      0.00      0.00      0.00     89.98
12:10:01 AM       2      0.00      0.00      0.00      0.12      0.00     99.87
12:10:01 AM       3      0.01      0.00      0.00      0.00      0.00     99.98
...

Skratili smo ispis, ali vidljivo je ukupno opterećenje sve četiri (0-3) CPU jezgre, koje imamo na našem računalu.

Naredba vmstat se koristi za prikaz statistika sustava virtualne memorije te dolazi u paketu sysstat. Međutim postoji i mala poveznica između sustava virtualne memorije, diskovnog podsustava i opterećenja CPUa. Kako ovdje govorimo o CPUu, pogledati ćemo i što nam ova naredba prikazuje, sa strane CPUa.

Prvo ćemo pokrenuti ovu naredbu, i to tako da se statistike prikupljaju svake dvije sekunde (2) i to pet puta za redom (5). Dodatno želimo ispis u MB (-S M prekidač):

vmstat -S M 2 5

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system--   ----cpu----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs   us sy id wa
 0  1     10  13327   1939  61073    0    0    13    15    3    2    2  1 97  0
 1  1     10  13327   1939  61073    0    0     8    13 19423 37877  1  1 98  1
 0  1     10  13327   1939  61073    0    0     8    15 19201 37557  1  1 98  1
 0  1     10  13327   1939  61073    0    0     8     1 19250 37555  1  1 98  1
 1  1     10  13327   1939  61073    0    0     8     9 19836 38788  3  1 95  1

U ispisu ćemo se bazirati na stupcu –cpu–, u kojemu se prikazuju statistike vezane za opterećenje CPUa. Ovdje imamo četiri podstupca:

• us - procesorsko (CPU) vrijeme koje se troši (CPU resursi) na obradu aplikacija na razini korisnika (ne na kernel razini)
• sy - - procesorsko (CPU) vrijeme koje se troši (CPU resursi) na obradu kernel zahtjeva i procesa na razini kernela (kernel threadovi primjerice)
• id - je takozvano idle vrijeme - kada je CPU neaktivan (kada/koliko ništa ne radi)
• wa - je takozvano waiting for IO vrijeme, koje označava koliko CPU čeka na I/O (ulazne ili izlazne) operacije prema diskovnom sustavu. Visoke vrijednosti ovog polja indiciraju kako je diskovni sustav preopterećen zapisivanjem ili čitanjem te da sustav (CPU) mora čekati prije nego išta zapiše ili pročita s diska.

Kod virtualnih računala se pojavljuje još jedan podstupac u CPU stupcu:

• st - ovo je vrijeme ukradeno od CPUa virtualnog računala. Ukradeno od strane Hypervizora u slučajevima kada je Hypervizor preopterećen.

Linux se sastoji od sljedećih komponenti:

* Kernela odnosno jezgre operacijskog sustava, a koji sadrži:

• podsustav za pokretanje operacijskog sustava (engl. boot code)
• upravljačke programe (engl. device drivers) za sav hardver,
• memorijski management i management za baratanje s datotekama i direktorijima te kontrolne i upravljačke mehanizme potrebne za rad svih aplikacija

* Razvojnog okruženja, koje se sastoji od:

• Compilera, linkera, …
• Sistemskih biblioteka (engl. System library), …
• Programa za pronalaženje pogrešaka (Engl. Debugger) i drugih pomoćnih programa

* Korisničkog sučelja (Engl. User interface):

• Naredbeni redak (Engl. Shell)
• Grafičko sučelje
• Ostali programi (GNU)
• Dokumentacija

Logička shema rada Unix/Linux-a je vidljiva na slici:

Naredbeni redak (Shell), kao i svi programi, komuniciraju s linux kernelom, preko sistemskih poziva. Kernel, dalje, preko svojih upravljačkih programa pristupa svom hardveru (disk kontroleri i diskovi, grafička, mrežna i druge kartice).

Dakle svaki program, pa tako i shell, preko sistemskih poziva, šalje određene naredbe kernelu. U trenutku kada primjerice iz našeg shella želimo pokrenuti neku naredbu, šalju se sistemski pozivi za pokretanje te naredbe (procesa). Kada se naredba pokrene (od strane kernela) i mora nešto zapisivati na disk, ponovno se šalju sistemski pozivi za pristup disku i tako dalje.

Linux kernel je jezgra operacijskog sustava Linux.

Linux kernel je zadužen za :

• Pristup, kontrolu i upravljanje hardverom
  • upravljanje prekidima (IRQ)
• upravljanje kernel modulima
• Upravljanje i rad s memorijom
• Pokretanje, kontrolu i rad cijelog operacijskog sustava:
  • pokretanje, upravljanje, rad i zaustavljanje svih procesa (programa/aplikacija),
  • upravljanje vremenom: osiguravanje vremenskih okvira za rad svih procesa (programa/aplikacija)
    • zamjenu između pokrenutih procesa ili niti (eng. context switch)
• međuprocesnu komunikacija
• upravljanje i rad datotečnim sustavom
• upravljanje i rad s mrežom i mrežnim sustavom
• sigurnost (kontrola prava pristupa) i drugo

Linux je baziran na Linux kernelu i nizu sistemskih i drugih programa potrebnih za rad. Linux kernel koriste i razni uređaji poput usmjerivača, uređaja za pohranu podataka (engl. NAS ili SAN), Vetrozidi (engl. Firewalls) i drugi specijalizirani uređaji, poput pametnih mobitela ili satova.

Linux kernel je inicijalno razvio student računalnih znanosti, Helsinškog Sveučilišta iz Finske : Linus Tovalds u toku 1991 godine, za svoje osobno računalo.

Ovo je vijest koju je 25.8.1991 Linus Torvalds poslao na “News” grupu: “comp.os.minix”

I'm doing a (free) operating system (just a hobby, won't be big and professional like gnu) 
for 386(486) AT clones. 
This has been brewing since April, and is starting to get ready. I'd like any feedback on 
things people like/dislike in minix, as my OS resembles it somewhat
(same physical layout of the file-system (due to practical reasons) 
among other things).

... ... ...

Vrlo brzo nakon ove vijesti dodani su i razni sistemski i pomoćni programi iz GNU projekta, te je nastao Linux operacijski sustav.

Već u 12.mj. 1991 izašla je prva verzija Linuxa : 0.11

Ubrzo nakon što je javno objavljen izvorni kod Linux kernela, kernel je prihvačala sve veća i veća zajednica ljudi te se počeo razvijati i za druge arhitekture procesora (ARM, MIPS, SPARC, …).

Danas ga aktivno razvija zajednica od nekih 12 000 aktivnih programera a od toga je aktivno i oko 1 200 tvrtki, od proizvođača hardvera do softverskih divova.

Slika prikazuje osnovnu logičku shemu rada Linuxa:

Linux kernelu se pristupa preko kernel API poziva (engl. Application Programming Interface) preko kojih aplikacije imaju interakciju s kernelom.

U osnovnoj funkcionalnosti Linux kernel uključuje upravljačke programe za raznovrstan hardver:

• Od matične ploče i svih njenih dijelova,
• disk kontrolera,
• mrežne i grafičke kartice,
• zvučne kartice i sl.
• …

Upravljački programi, u Linux terminologiji znani kao kernel moduli, mogu biti ugrađeni u kernel koji koristimo i/ili mogu biti kao zasebni upravljački programi, koje možemo pozivati prema potrebi (engl. Loadable Kernel Modules (LKMs)). Dodatno, kernel moduli ne moraju isključivo samo imati funkcionalnost upravljačkih programa, već mogu imati bilo koju drugu funkcionalnost, poput funkcionalnosti vatrozida, nekog dodatnog mrežnog protokola ili funkcionalnosti, funkcionalnosti dijela datotečnog sustava i sl.

Službena maskota Linuxa je pingvin “Tux”:

Pogledajmo sada Linux kernel malo detaljnije:

Vidljivo je kako se kernel nalazi između aplikacija i hardvera (CPU, RAM, tvrdi disk, mreža , …). On je zadužen za rad cijelog operacijskog sustava i svih njegovih procesa (programa/aplikacija).

Sam kernel se sastoji od nekoliko logičkih cjelina:

• Memory Manager je zadužen za sve operacije koje se tiću rada s virtualnom memorijom. Dakle svaki pristup, bilo da se radi o čitanju ili zapisivanju u RAM memoriju ili Swap disku kao proširenju RAM memorije, kao i dijeljenju memorije između procesa uz sve zaštitine mehanizmi, prolaze kroz ovu komponentu. Više o memory manageru i virtualnoj memoriji pogledajte u poglavlju ”Memory management u Linuxu“.
• Inter Process Manager je zapravo logički najviše povezan sa Memory managerom i on je zadužen za komunikaciju između procesa, kao i dio funkcionalnosti dijeljenja memorije između procesa. Osim toga njemu pristupa i Proces Management & Scheduler za kontrolu i upravljanje procesima.
• Proces Management & Scheduler je zadužen za cijeli životni ciklus svakog procesa. Proces management znan i kao “proces scheduler” odnosno “task scheduler”, pokreće svaki program (proces), brine se o njegovom prioritetu i nitima (engl. Thread) unutar procesa te prati i upravlja svakim procesom od početka do kraja. Za više detalja pogledajte cijelo poglavlje ”Procesi“. S obzirom na njegovu funkcionalnost on komunicira s CPUom i njegovim registrima
• Virtual FIlesystem (VFS) komponenta je jednim dijelom zadužena za pristup Virtualnoj memoriji te je također najviše povezana i isprepletena s Memory managerom. Njena druga unutarnja komponenta je zadužena za komunikaciju s datotečnim sustavom. I u konačnici ona kroz I/O sustav komunicira (na slici prema dolje) preko upravljačkih programa s disk kontrolerima i tvrdim diskovima. Za više detalja o ovoj komponenti pogledajte poglavlje ”Napredno: Diskovni (I/O) podsustav“
• I/O Interface je zadužen za ulazno izlazni pristup (Engl. I/O) raznim uređajima bilo fizičkim ili logičkim (Disk okntroler/disk, blok uređaji, “character” uređaji , …).
• Virtual Network komponenta je zadužena za rad s mrežom odnosno za svu mrežnu komunikaciju, preko I/O sustava, do upravljačkih programa za mrežne kartice.

Sve navedene komponente imaju komunikaciju s vanjskim svijetom, preko sistemskih poziva prema procesima/programima/aplikacijama a s druge strane direktnu vezu s hardverom, preko upravljačkih programa (Linux kernel modula).

Pogledajmo logičku shemu linux kernela i njegovih osnovnih komponenti:

Sada ćemo se fokusirati na donji dio gornje slike, odnosno na dio sa kernel modulima:

Vidljivo je kako su u grubo kernel moduli podijeljenji u dvije kategorije:

• oni koji predstavljaju upravljačke programe za određeni hardver ili hardverske komponente
• oni koji predstavljaju neke dodatne funkcionalnosti

Za one kernel module koji su zapravo upravljački programi, imamo više kategorija, odnosno po jednu kategoriju za svaki pojedini uređaj, pa tako imamo (skratili smo listu i sliku zbog lakšeg razumijevanja):

• CPU - podrška za CPU i večinu njegovih komponenti se već nalazi unutar kernela, dok su upravljački programi za neke komponente CPUa, dostupne kao vanjski kernel moduli, poput ovih koje smo naveli:
  • procesor daje nam ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) funkcionalnosti CPUa
  • aesni-intel - daje nam (za Intel CPU) hardversku akceleraciju AES kriptografskih funkcija, koje su ugrađene u CPU
  • rng-core - - daje nam hardversku akceleraciju funkcija generiranja slučajnih brojeva, koja je ugrađena u CPU
  • …
• Chipset - ovdje se nalaze razne komponente chipseta, poput
  • pcieport - upravljački program za PCI Express sabirnicu, ovaj modul je često unutar samog kernela
  • uhci_hcd i ehci_hcd - ovo su upravljački programi za USB kontrolere
  • agpgart-intel je upravljački program za AGP sabirnicu
  • i801_smbus je upravljački program za SMBUS (System Management Bus) sabirnicu
  • …
• Disk kontroleri - ovdje se nalaze upravljački programi za razne disk kontrolere (Pr. ATA/SATA/SCSI/SAS …)
  • ata_piix je upravljački program za (P)ATA i SATA disk kontrolere (Pr. Intel: PIIX3/4, ICH/2/3/4/5/6/7/8/9/10, …)
  • hpsa je upravljački program za Smart Array RAID kontrolere (P212/410/411/700M/712m/…), tvrtke HP
  • megaraid_sas je upravljački program za Mega RAID SAS RAID kontrolere (1078/2108/2008/2208/…) tvrtke LSI
  • …
• Mrežne kartice - u ovom dijelu su upravljački programi za razne mrežne kartice
  • e1000e je upravljački program za 1Gbps mrežne kartice (82571, 82572, 82573, 82574, 82583, ICH8, ICH9, ICH10, PCH, PCH2, I217, I218, I21) tvrtke Intel
  • tg3 je upravljački program za 1Gbps mrežne kartice (BCM 57xx) tvrtke Broadcom
  • igb je upravljački program za 1Gbps mrežne kartice (82575, 82576, 82580, I210, I211, I350, I354, DH89xx) tvrtke Intel
  • …
• …

Druga kategorija su kernel moduli koji nisu upravljački programi a daju nam određene funkcionalnosti. Pogledajmo ih prema logičkim kategorijama, kojima pripadaju:

• Diskovni podsustav - u ovoj kategoriji su kernel moduli koji su zaduženi za određene funkcionalnosti diskovnog podsustava. Za detalje o diskovnom podsustavu, pogledajte poglavlje: Napredno: Diskovni (I/O) podsustav i to cjelinu: “Dolazimo do nižih slojeva”. Ukratko u priči o kernel modulima i diskovnom podsustavu, kernel moduli koji su vidljivi ovdje, brinu se o cjelini, koja je logički iznad upravljačkih programa, pa se brine o:
  • libata je kernel modul zadužen za pristup ATA funkcionalnostima i vrsti disk kontrolera, preko ATA upravljačkih programa (kernel modula)
  • sd je vršni kernel modul koji je zadužen za pristup SCSI funkcionalnostima, preko SAS/SATA/ACSI upravljačkih programa (kernel modula). U tu kategoriju pripadaju i SAS i SATA disk kontroleri odnosno u konačnici diskovi.
  • sg je također SCSI međusloj za komunikaciju pomoću SCSI naredbi, prema i od diskovnog sustava
  • …
• Datotečni sustavi - u ovoj kategoriji su kernelm oduli koji su odgovorni za određene funkcionalnosti datotečnih sustava. Naime dio funkcionalnosti datotečnih sustava, koji može biti što bliže kernelu (zbog brzine rada), izrađuje se kao kernel modul, dok se drugi dio funkcionalnosti odrađuje na višoj razini operacijskog sustava . Ovdje nalazimo kernel module poput:
  • ext3 ili ext4 - ovo su standardni Linux datotečni sustavi odnosno dio njihovih funkcionalnosti
  • xfs je dio dio funkcionalnosti XFS datotečnog sustava, kao što je zfs dio funkcionalnosti ZFS datotečnog sustava
  • cifs i nfs su funkcionalnosti za mrežne datotečne sustave, redom za Windows SMB/CIFS protokol te za Unix/Linux NFS protokol.
  • …
• Mrežni protokoli i funkcionalnosti - ovdje imamo kernel module koji odrađuju funkcionalnosti raznih mrežnih protokola ili posebnih mrežnih funkcija, poput:
  • 8021q - ovaj kernel modul odrađuje funkcionalnosti potrebne za rad sa standardom 802.1Q, odnosno za rada s Virtualnim LAN mrežama (VLAN)
  • bonding je kernel modul koji odrađuje funkcionalnost agregiranja mrežnih kartica, koje je još poznato pod imenima: Teaming, Bonding ili Link aggregation, koji podržava nekoliko protokola: LACP (802.3ad), balance-rr, active-backup, balance-xor, balance-tlb, balance-alb, …
  • bridge - kernel modul zadužen za bridge funkcionalnosti
  • ip_tables je osnovni kernel modul zadužen za linux firewall mogućnosti, a koji za neke dodatne funkcionalnosti treba i druge module, poput:
    • ip_table_nat - zadužen za NAT funkcionalnost
    • nf_conntrack - zadužen za napredne funkcionalnosti praćenja stanja svake mrežne konekcije
    • …
  • …
• Druge funkcionalnosti - ovdje su navedene neke od drugih funkcionalnosti
  • edac_core zadužen je za EDAC (Error Detection And Correction) funkcionalnost unutar MMU dijela CPUa, a oslanja se na upravljački program za EDAC chip (ovo je zapravo dio MMU dijela CPUa)
  • ac je zadužen za ACPI AC adapter- dio za napajanje (paljenje,gašenje i slično)
  • fan je zadužen za mjerenja i kontrolu sistemskih ventilatora (preko ACPI funkcija)
  • …
• …

Linux kernel je datoteka koja se nalazi na datotečnom sustavu u Linuxu. Ona se nalazi unutar /boot direktorija.

Ta datoteka uglavnom ima ime oblika :

vmlinuz-VERZIJALINUXA

Kako to konkretno izgleda ?.

Ako je verzija kernela koji je pokrenut: 2.6.32-573.3.1.el6.x86_64 tada će kernel datoteka imati ime :

/boot/vmlinuz-2.6.32-573.3.1.el6.x86_64

Danas su u upotrebi sljedeće generacije Linux kernela

• 2.6.x
• 3.x
• 4.x

Unutar svake generacije razvijaju se razne podverzije o kojih se neke starije slabije razvijaju i održavaju dok se daje naglasak na novije. Zbog toga je unutar svake generacije odlučeno kako se određene podverzije proglase dugoročnim ili tkzv. LTS (engl. Long Term Support) verzijama.

Na tim “dugoročnim” verzijama su bazirane razne poslužiteljske verzije mnogih distribucija Linuxa. Naime poslužitelji se ne reinstaliraju svako malo u večini slučajeva jer želimo pouzdan i provjeren sustav na kojemu se neće svaki tren mijenjati krucijalni dijelovi sustava, koji bi mogli uzrokovati razne nestabilnosti i druge probleme.

Zbog toga je potrebno neko dugoročno rješenje za višegodišnje sigurne i pouzdane zakrpe i poboljšanja za takve verzije Linuxa. Upravo zbog toga i postoje LTS verzije Linux kernela.

Dugoročno podržane verzije linux kernela ¹⁾ su :

• 2.6:
  • 2.6.32-x
• 3.x
  • 3.10.x
  • 3.18.x
• 4.x
  • 4.1.x

Provjerimo koju verziju Linux kernale imamo na račnualu s nardbom uname -r

uname -r


2.6.32-573.3.1.el6.x86_64

Što to znači :

• Kernel verziju/generaciju (engl. Major version) 2.
• Kernel niža verzija (engl. Minor) 6.
• Podverziju 32 - podverzija 2.6.32 je označena kao verzija s produženom podrškom tj . LTS (Long Term Support)
• 573.3.1 update/fix verzija
• el6 označava “Enterprise Linux” v.6. odnosi se na RedHat Enterprise Linux generacije 6.x (ovo jeCEntOS 6.6. koji je baziran na RedHat Enterprise Linux 6.6)
• x86 označava da je arhitektura procesora x86
• 64 znači da je 64.bitan kernel (i sam Linux)

Ako želimo vidjeti koji su sve kernel moduli odnosno upravljački programi/driveri učitani, pokrenimo naredbu lsmod

Pogledajmo što je sve učitano (ispis je skraćen za potrebe razumjevanja).

lsmod

Module                  Size  Used by
iptable_filter          2793  1
ip_tables              17831  2 iptable_filter
parport_pc             22658  0
parport                36209  2 parport_pc
e1000e                230782  0
ext4                  378683  1
cdrom                  39085  1 sr_mod
ata_piix               24409  2
pata_acpi               3701  0
ata_generic             3837  0
i915                 1015889  2
video                  21654  1 i915
output                  2409  1 video
... ... ...

Objasniti ćemo samo nekoliko kernel modula s liste. S lijeve strane (Module) je ime kernel modula a s desne strane (Used by) je vidljivo koji drugi kernel modul ga koristi (ako jedan modul ovisi o drugom.

• ip_tables je podrška za Linux firewall
• parport je upravljački program za paralelni port na računalu
• e1000e je upravljački program za intelovu Gigabitnu mrežnu karticu
• ext4 je upravljački program koji donosi podršku za Linux ext4 dattotečni sustav
• cdrom je upravljački program koji donosi podršku za CD/DVD-ROM uređaje
• ata_piix i pata_acpi su upravljački programi za disk kontrolere (SCSI/ATA/PATA)
• i915 je pravljački program za Intel i915 integriranu grafičku karticu
• video i output su upravljački programi koji koriste grafičke kartice - u ovom slučaju :Intel i915

Kernel moduli se nalaze unutar direktorija /lib/modules/ unutar poddirektorija čije ime je jednako trenutnoj aktivnoj verziji kernela. Iz ovoga je jasno da je moguće imati više verzija Linux kernela od kojih je samo jedna aktivna (ona u trenutnoj upotrebi)

Ako je naša trenutno aktivna verzija kernela :

uname -r

2.6.32-573.3.1.el6.x86_64

Tada se kernel moduli nalaze unutar sljedećeg direktorija:

/lib/modules/2.6.32-573.3.1.el6.x86_64 točnije : /lib/modules/2.6.32-573.3.1.el6.x86_64/kernel/

Kao što smo rekli sam kernel može imati već unutar sebe kernel module (to su zapravo upravljački programi za hardver ili tkzv. “driveri”).

Spomenuli smo kako se sam kernel (mislim na datoteku), nalazi unutar /boot/ direktorija. Unutar istog direktorija se nalazi i datoteka u kojoj su definirane sve funkcionalnosti i upravljački programi (kernel moduli), s kojima je kompajliran konkretan kernel.

Dakle ako je naš kernel : 2.6.32-573.3.1.el6.x86_64 tada je sam kernel zapravo datoteka:

/boot/vmlinuz-2.6.32-573.3.1.el6.x86_64

Na istoj putanji ( unutar /boot direktorija) nalazi se i spomenuta datoteka, koja ima ime po principu:

config-VERZIJAKERNELA , u našem slučaju to je :

/boot/config-2.6.32-573.3.1.el6.x86_64.

Unutar te datoteke su navedene sve funkcionalnosti i kernel moduli koje je moguće koristiti (ili ne koristiti) i to na nekoliko načina:

• Unutar samog kernela
• Kao (vanjski) kernel modul
• ili uopće ne koristiti.

Kako to izgleda ?

Pogledajmo jedan manji dio ove datoteke:

CONFIG_X86_64=y
CONFIG_X86=y
... ... ...
#
# SCSI device support
#
CONFIG_SCSI=y
... ... ...
#
# SCSI Transports
#
CONFIG_SCSI_AACRAID=m
CONFIG_SCSI_AIC7XXX=m
CONFIG_SCSI_AIC79XX=m
... ... ...
CONFIG_ATA_ACPI=y
CONFIG_SATA_AHCI=m
CONFIG_ATA_PIIX=m
... ... ...
#
# USB Network Adapters
#
CONFIG_USB_RTL8150=m
CONFIG_USB_NET_AX8817X=m
... ... ...
#
# Input Device Drivers
#
CONFIG_INPUT_KEYBOARD=y
CONFIG_INPUT_MOUSE=y
CONFIG_MOUSE_PS2=y
CONFIG_MOUSE_SERIAL=m
... ... ...

Vidljivo je da su neki kernel moduli ili funkcionalnosti uključene direktno u kernel a neke su dostupne kao kernel moduli.

Svi parametri koji imaju vrijednost =y su uključeni direktno u kernel. Ovo znači da su kompajlirani zajedno s kernelom i nalaze se u samom kernelu (u našem slučaju unutar datoteke /etc/vmlinuz-2.6.32-573.3.1.el6.x86_64 koja je Linux kernel)

Svi parametri koji imaju vrijednost =m su dostupni kao kernel moduli na disku i mogu se učitavati prema potrebi.

Informacije o nekom kernel modulu dobivamo s naredbom modinfo.

Recimo da nas zanima kernel modul za USB Ethernet (RJ-45) karticu baziranu na chipu Asix AX88772B, kernel modul je asix.

Ovo nas zanima jer smo kupili USB mrežnu karticu te želimo učitati njen upravljački program (kernel modul), kako bi uopće radila.

modinfo asix

filename:       /lib/modules/2.6.32-573.3.1.el6.x86_64/kernel/drivers/net/usb/asix.ko
license:        GPL
description:    ASIX AX8817X based USB 2.0 Ethernet Devices
author:         David Hollis
srcversion:     41AB1B1334631410071EA9C
alias:          usb:v17EFp7203d*dc*dsc*dp*ic*isc*ip*
... ... ...
depends:        mii,usbnet
vermagic:       2.6.32-573.3.1.el6.x86_64 SMP mod_unload modversions

Sada možemo vidjeti gdje se točno ovaj kernel modul (datoteka) nalazi, a što je vidljivo u prvom redu - sa filename:, te dali ovisi o nekom drugom kernel modulu. Što je opet vidljivo u depends:. Naime za neke kernel module je potrebno da se neki dugi kernel moduli učitaju prije njih, za što se kaže da za njih postoji neka ovisnost o drugim modulima (Engl. dependencies).

U našem slučaju, vidljivo je kako se prije njega moraju učitati kernel moduli mii i usbnet

Ovdje je još vidljivo i to kako se ovaj kernel modul zove asix.ko. Naime svi Linux kernel moduli imaju ekstenziju .ko koja znači ”Kernel Object“.

Dodatno, za kernel module koji to dozvoljavaju, moguće im je poslati i neke parametre. Kako bi provjerili koje sve parametre podržava određeni kernel modul, to možemo saznati pomoću naredbe modinfo -p. Pogledajmo primjer za kernel modul e1000e - za određene Intelove gigabitne mrežne kartice (jer on konkretni podržava razne, dodatne parametre rada).

modinfo -p e1000e

debug:Debug level (0=none,...,16=all) (int)
copybreak:Maximum size of packet that is copied to a new buffer on receive (uint)
TxIntDelay:Transmit Interrupt Delay (array of int)
TxAbsIntDelay:Transmit Absolute Interrupt Delay (array of int)
RxIntDelay:Receive Interrupt Delay (array of int)
RxAbsIntDelay:Receive Absolute Interrupt Delay (array of int)
InterruptThrottleRate:Interrupt Throttling Rate (array of int)
IntMode:Interrupt Mode (array of int)
SmartPowerDownEnable:Enable PHY smart power down (array of int)
KumeranLockLoss:Enable Kumeran lock loss workaround (array of int)
WriteProtectNVM:Write-protect NVM [WARNING: disabling this can lead to corrupted NVM] (array of int)
CrcStripping:Enable CRC Stripping, disable if your BMC needs the CRC (array of int)

U slučaju da ste nešto nehotice promijenili na datoteci modules.dep, te vam recimo sustav nakon prvog restarta ne radi kako treba, a što se može dogoditi jer ne može učitati dependencies module pa samim time i one koji dodatno ovise o njima, kao i one vršne, postoji jednostavno rješenje. Naime tijekom kompiliranja kernela kreira se i posebna tablica sistemskih simbola, koja se snima u datoteku imena: System.map-VERZIJA-KERNELA a koja se i kod instalacije novog kernela, kopira s kernelom u direktorij /boot/, u koji se obično kopira i sam kernel. Ova datoteka je dostupna pomoću poveznice: /boot/System.map-$(uname -r). U ovoj tablici simbola se nalazi sve potrebno kako bi se ponovno, za trenutno aktivni kernel, kreirala datoteka s tablicom ovisnosti kernel modula odnosno: modules.dep datoteka.

Slijedećom naredbom možemo ponovno kreirati datoteku modules.dep:

depmod -F /boot/System.map-$(uname -r)

Napredno
Kako ispisati listu svih dostupnih kernel modula na našem Linuxu.

S obzirom kako znamo lokaciju (putanju) na kojoj se nalaze svi kernel moduli (iako su grupirani u poddirektorije), možemo iz izlistati na jednostavan način:

ls -R /lib/modules/$(uname -r)

... ... ...

Što radi ova naredba :

ls -R rekurzivno izlistava sve direktorije i poddirektorije te sve datoteke unutar njih /lib/modules/ je početna putanja odakle treba krenuti s izlistanjem, proširena sa : $(uname -r) koji nam daje točnu verziju linux kernela koja je aktivna.

Ono što će zapravo Linux pokrenuti (u našem slučaju) je :

ls -R /lib/modules/2.6.32-573.3.1.el6.x86_64

... ... ...

Sada smo dobili potpuno izlistanje.

Možemo sve i filtrirati, kako bi izvukli samo imena .ko datoteka (grep naredba), a potom da maknemo ekstenziju .ko (cut naredba) te sve poredamo po abecedi (sort naredba).

ls -R /lib/modules/$(uname -r) | grep "\.ko" | cut -f1 -d"." | sort

... ... ...

Postoje dvije metode ručnog učitavanja kernel modula, odnosno dvije naredbe za tu namjenu.

• insmod naredba učitava navedeni kernel modul ali se ne brine o tome dali taj kenrel modul za rad traži prethodno učitavanje drugog kernel modula (tkzv. Dependency check).
• modprobe je slična kao i prethodna naredba s time da ona prije pokušaja učitavanja kernel modula provjerava da li je potrebno prethodno učitati neke druge kernel module, te ih ona učita (koliko go ih bilo) te na kraju učitava i naš kernel modul

U našem primjeru spajanja nove USB mrežne kartice, poput ove na slici, koja koristi ASIX AX88772B chip, za koju je potrebno učitati kernel modul (driver) asix ali i prije toga učitati kernel module (ako već nisu učitani) mii i usbnet, koristiti ćemo naredbu modprobe.

Slika USB-LAN :

To izgleda ovako:

modprobe asix

Sada možemo provjeriti da li su se učitali svi potrebni kernel moduli:

lsmod |grep asix

asix                   15796  0
usbnet                 36510  1 asix
mii                     5376  2 asix,usbnet

Vidimo da su se prvo učitali kernel moduli mii i usbnet te potom i asix.

• kernel modul usbnet koristi kernel modul asix
• kernel modul mii koristi kernel module asix i usbnet

Sve je u redu, naša nova USB mrežna kartica bi sada trebala raditi i biti vidljiva kao neki od ethxy portova.

Kako smo vidjeli u cjelini od maloprije, određeni kernel moduli daju nam mogućnost da im definiramo određene parametre.

To je moguće napraviti na dva načina:

1. Ručno, u tijeku ručnog učitavanja kernel modula, prema principu:

modprobe IME-MODULA IME-PARAMETRA=VRIJEDNOST-PARAMETRA

Za upravljački program za intelovu pro 1000 mrežnu karticu (kernel modul e1000e). To bi moglo izgledati ovako (ako želimo povećati posebni buffer (copybrake)):

  
modprobe e1000e copybreak=256

Samo za informaciju: isti kernel modul, daje nam i druge korisne opcije, recimo poput promijene rada sa signalima prekida (interrupta). Ova opcija se za ovaj kernel modul zove: IntMode te nudi tri vrijednosti:

• 0 - rad sa klasičnim interruptima
• 1 - rad sa MSI interruptima
• 2 - rad sa MSI-X interruptima

Za provjeru možete pogledati kako se koriste interrupti (cat /proc/interrupts) ili poglavlje o interruptima.

Gore navedene primjere ne testirajte za sustavima u aktivnoj upotrebi !.

2. Moguće je željene parametre pohraniti u datoteci, koja će se čitati u tijeku inicijalizacije kernel modula. Ova datoteka, mora se nalaziti u direktoriju: /etc/modprobe.d/. Pravilo je da se za svaki kernel modul, za koji želimo trajno postaviti neku opciju, kreiramo datoteku, imena istog kao i kernel modul, ali sa nastavkom .conf. U gore navedenom slučaju bi morali kreirati datoteku imena: /etc/modprobe.d/e1000e.conf, a koja bi sadržavala (za prvi primjer od gore):

options e1000e copybreak=256

Dakle počinje se sa ključnom riječi options, nakon koje slijedi ime kernel modula te dio sa parametrom i njegovom vrijednosti, koju želimo trajno postaviti.

Druge opcije unutar datoteka, koje se nalaze u direktoriju: /etc/modprobe.d/
U gore navedenom direktoriju, moguće je kreirati i datoteke koje će imati drugu namjenu, osim dodavanja parametara kernel modulima, u trenutku pokretanja cijelog operativnog sustava. Moguće je :

• započeti novi red s ključnom riječi: alias iza koje slijedi skraćeno ime modula a potom stvarno ime kernel modula. Naime aliasi za kernel module su skraćena imena kernel modula, koja se također mogu koristiti, zbog lakšeg snalaženja. To može izgledati ovako:

alias gre0 ip_gre

Pri čemu je gre0 alias na pravi kernel modul imena ip_gre (ovaj konkretni modul se koristi za neke VPN tunele)

• započeti novi red s ključnom riječi: blacklist nakon koje mora slijediti ime kernel module za koji NE ŽELIMO DA SE UČITA u trenutku pokretanja operativnog sustava. Pogledajmo jedan primjer, u kojemu ne želimo učitavanje kenrel modula zaduženog za rad PC zvučnika (onog koji se nalazi u kučištu ili matičnoj ploči):

blacklist pcspkr

Automatsko učitavanje kernel modula se u većini slučajeva odvija bez intervencije korisnika, jer se kod prepoznavanja novog hardvera udev servis/daemon brine o tome kako bi se učitao svaki potrebni kernel modul (driver). Međutim u nekim slučajevima, to moramo ili želimo napraviti sami.

Dodatno, u slučajevima kada želimo automatsko učitavanje kernel modula, koji mogu i ne moraju biti upravljački programi, već dodatne funkcionalnosti, tada unutar direktorija /etc/modprobe.d/, također možemo kreirati običnu tekstualnu datoteku ekstenzije .conf i u nju ubacivati, red po red, željene kernel module, a za koje želimo da se učitavaju tijekom pokretanja operativnog sustava.

Za primjer, možemo kreirati datoteku: /etc/modprobe.d/nasi-moduli.conf i u nju prvo dodati primjerice upravljački program za našu ASIX USB mrežnu karticu:

# USB Mrezna
asix

Potom u novi red možemo dodati modul za recimo Linux firewall (iptables) a pomoću kojega ćemo dobiti linux firewall funkcionalnosti:

# Mrezni firewall
ip_tables

Redovi koji počinju sa znakom #, se ignoriraju, odnosno služe samo kako komentar.

U RedHat baziranim linuxima, postoji još jedan direktorij, u koji možemo ubacivati datoteke, koje sadrže kernel modul, za koje želimo da se učitaju tijekom pokretanja operacijskog sustava ali prema principu shell skripte. Radi se o direktoriju: /etc/sysconfig/modules/ u kojemu možemo kreirati datoteku bilo kojeg imena, ali ekstenzije: .modules.

Ova datoteka mora zadovoljiti par uvjeta:

1. Prvi red datoteke mora sadržavati: #!/bin/bash
2. Svaki novi red u datoteci mora biti pisan kao da se radi o shell skripti, jer ovo i je shell skriptna datoteka
3. Ova datoteka mora biti izvršna (mora imati postavljen x bit), primjerice sa:

cd /etc/sysconfig/modules/
chmod +x IME-DATOTEKE.modules

Dakle ova datoteka može izgledati ovako (ako u nju želimo upisati iste stvari kao iz primjera gore):

#!/bin/bash

# Ucitivamo USB ASIX mreznu karticu (driver)
/sbin/modprobe asix

# Ucitivamo kernel modul za firewall
/sbin/modprobe ip_tables

Dakle konkretan primjer upotrebe bi mogao biti:

#!/bin/bash

if [ ! -c /dev/input/uinput ] ; then
        exec /sbin/modprobe uinput >/dev/null 2>&1
fi

U ovom primjeru se provjerava da li postoji uređaj: /dev/input/uinput, a ako ne postoji tada se pokreće naredba: /sbin/modprobe uinput koja učitava kernel modul imena uinput.

Ako nam nedostaje neki upvaljački program, moguće je nači izvorni kod upravljačkog programa te ga kompajlirati i instalirati. Sada nećemo objašnjavati ovaj proces ali u slučaju da ste to napravili, novi upravljački program tj. kernel modul će se sam ubaciti negdje unutar strukture direktorija /lib/modules/$(uname -r)/ te će se upisati/nadodati u datoteku : /lib/modules/$(uname -r)/modules.dep. Ova datoteka je zapravo samo lista s popisom kernel modula i njihovom putanjom.

U slučaju da smo recimo morali kompajlirati i dodati kernel modul asix.ko on bi dodao ovaku liniju u datoteku: /lib/modules/$(uname -r)/modules.dep

kernel/drivers/net/usb/asix.ko: kernel/drivers/net/usb/usbnet.ko kernel/drivers/net/mii.ko

Vidljivo je da osim putanje do samog kernel modula, slijede putanje do kernel modula o kojima ovisi (koji se moraču učitati prije njega)

Nakon toga potrebno je osvježiti bazu kernel modula sa naredbom:

depmod -a

I to je to, novi kernel modul je spreman za korištenje.

U svakom Unix (Linux) operacijskom sustavu, gotovo sve stvari, odrađuju se korištenjem neke datoteke. Čak se i pristup i rad s raznim uređajima, odrađuje preko posebnih datoteka, koje ih indirektno predstavljaju.

Kako ćemo nešto kasnije naučiti, osnovne vrste datoteka u Linuxu, mogu biti:

• character
• block
• te posebne vrste :
  • Pipe i Named Pipe
  • Socket
  • simbolićki link
• posebne datoteke koje predstavljaju uređaje

Pogledajmo i logičku shemu ovog sustava, na primjeru upotrebe programa za formatiranje (mkfs.ext4) prve particije diska sdb: dakle /dev/sdb1:

Naredba koju izvršavamo:

mkfs.ext4 /dev/sdb1

S gore navedenom naredbom formatirati ćemo prvu particiju na prvom SATA (može biti i SCSI ili SAS vrsta diska) tvrdom disku, a koji je u linuxu vidljiv kao posebna datoteka: /dev/sdb odnosno njegova prva particija je vidljiva kao posebna datoteka/dev/sdb1.

Kako logički izgleda pozivanje naše naredbe:

Dolje u tekstu ćemo govoriti o ovoj posebnoj vrsti datoteka, u /dev/ direktoriju, a koje predstavljaju hardverske uređaje, te ćemo se ukratko upoznali i sa linux uređajima (Engl. devices). Pod linux uređajima (linux devices) podrazumijevamo posebne datoteke koje preko upravljačkih programa direktno pristupaju određenom hardveru odnosno fizičkim uređajima našeg računala. Naime uređaje u Linuxu, predstavljaju ove posebne datoteke koje se nalaze unutar /dev/ direktorija. Ove datoteke prema načinu rada, odnosno načinu pristupa samom hardveru, mogu raditi na dva načina :

• kao character datoteke, koje od i prema uređajima šalju ili primaju podatke u nizu charactera odnosno znakova ili
• kao block datoteke, koje od i prema uređajima šalju ili primaju podatke u blokovima podataka. Stoga se i uređaji koji ih koriste zovu blok uređaji

Upoznajmo se s nekoliko osnovnih kategorija uređaja pod linuxom:

Diskovi

Slijedeće posebne datoteke predstavljaju disk uređaje (oni su blok uređaji):

• /dev/hd* - ATA (IDE) tvrdi disk. “hda” označava primarni master disk. “hda1” označava prvu particiju na primarnom master tvrdom disku. “hdb” označava primarni “slave” disk. “hdb1” označava prvu particiju na primarnom “slave” disku itd.
• /dev/sd* - SATA, SCSI ili SAS tvrdi disk. “sda” je prvi disk , “sdb” je drugi disk , “sdc” treći i tako dalje. Brojevi iza slova označavaju broj particije diska - isto kao kod ATA diskova.

Terminali

Slijedeće posebne datoteke predstavljaju terminale (oni su character uređaji):

• /dev/tty* - Terminali koji se koriste za ispisivanje (engl. Text output) na monitor/ekran.
• /dev/tty - Predstavlja trenutni kontrolni terminal trenutno pokrenutog procesa. Ako neki program čita ili piše na terminal, koristi se upravo ovaj terminal uređaj.
• /dev/pts/* - Pseudo terminali su emulirani terminali koji se ponašaju poput stvarnih terminala ali se koriste za ispis ili preusmjeravanje prema nekom procesu poput nove komandnolinijske ljuske (Shell) ili udaljenog pristupa (pr. SSH).

Serijski portovi

Slijedeće posebne datoteke predstavljaju serijske portove (oni su character uređaji):

• /dev/ttyS* - Serijski portovi (COM portovi pd Windows OS-om). “ttyS1” je prvi serijski port. “ttyS2” je drugi serijski port itd. Brzine rada su obično 9 600, 14400, 28800, 33600, … bps. Koristili su se za spajanje modema. Danas se uglavnom koriste za spajanje na “konzole” mrežnih uređaja (Switcheva, Routera i sl)

Paralelni portovi

Slijedeće posebne datoteke predstavljaju paralelne portove (oni su character uređaji):

• /dev/lp* - Paralelni portovi. “lp0” je prvi paralelni port, “lp1” je drugi paralelni port. Koristili su se za spajanje pisača.

Floppy disk

Slijedeće posebne datoteke predstavljaju floppy disk (on je blok uređaj)

• /dev/fd* - Floppy diskovi. “fd0” je prvi floppy disk, “fd1” je drugi itd.

Audio uređaji

Slijedeće posebne datoteke predstavljaju audio uređaje:

• /dev/mixer - Dio OSS (Open Sound System) upravljačkog programa za zvučnu karticu.
• /dev/dsp - Digital Signal Processor. Predstavlja vetu između programa i zvučne kartice koja generira zvuk.

Posebni memorijski uređaji (oni su character uređaji)

• /dev/null - Uređaj u koji se mogu slati podaci kao u “crnu rupu” - iz nje se više ništa ne može vratiti. Korisno ako želimo pokrenuti neki program ali nas ne zanima njegov izlaz - pa ga možemo redirektirati u ”/dev/null“
• /dev/zero - Generator nula. Za razliku od ”/dev/null“ on ne briše sve podatke koji ulaze u njega već on kreira nule (0)
• /dev/random - Nedeterministički generator “slučajnih” odnosno “Random” brojeva. Prilično je spor jer koristi entropiju (nepredvidivost) hardverskih komponenti, poput nepravilnosti u osciliacijama generatora takta U slučaju da dovoljan nivo entropije nije nostupan on mora čekati kako bi se ona pojavila ili očekuje dodatno slučajno pomicanja miša ili sl, da bi entropija bila što veća. Postoje i hardverski uređaji koji mogu generirati što nepredvidljiviji niz generiranih podataka. Koristi se za kriptiranje podataka i slične namjene.
• /dev/urandom također radi kao i /dev/random ali kada se dosegne donji prag entropije, on ne čeka več počinje koristiti takozvani pseudo random number generating formulu da bi simulirao što “slučajniji” i što nepredvidljiviji niz podataka. Ovaj uređaj radi višestruko brže od /dev/random ali je poprilično nepouzdan odnosno prilično je predvidiv.

U trenutku pokretanja operacijskog sustava, kernel je taj koji prepoznaje instalirani hardver: matična ploča, disk kontroler, grafička kartica i sve ostalo. On se u tom trenutku brine i o tome da za prepoznati hardver učita i njegov upravljački program (kernel modul), koji je već ugrađen u sam kernel. Naime linux kernel standardno dolazi sa ugrađenim tisućama i tisućama upravljačkih programa, za osnovni hardver, a dodatno se svi ostali upravljački programi nalaze kao posebne datoteke na datotečnom sustavu, u direktoriju : /lib/modules/-VERZIJA-KERNELA/kernel/drivers/ koje je moguće pokrenuti i naknadno. I na kraju, bilo da se radi o upravljačkom programu već ugrađenom u linux kernel ili onom učitanom iz posebne datoteke, u tom procesu, kreira se i posebna struktura direktorija /dev/, u kojem se potom kreiraju i posebne datoteke koje predstavljaju te upravljačke programe i u konačnici konkretan hardver.

U trenutku nakon pokretanja Linux operacijskog sustava, poseban program (daemon) koji se zove udevd zadužen je za prepoznavanje dodatnih hardverskih komponenti sustava (USB disk, USB memorija, mrežna kartica i sl) te kreiranja zasebnih unosa u posebnom direktoriju /dev/, a koji se potom vežu za upravljački program (driver) odnosno kako se to pod Linuxom naziva kernel modul, za svaki pojedini uređaj.

udevd je prema tome servis, odnosno prema Linux/Unix terminologiji daemon koji se naziva Device Managerom odnosno menadžerom za hardver odnosno sve uređaje. On je zadužen za kreiranje posebnih datoteka u direktoriju /dev/, a od kojih, kako smo vidjeli u poglavlju prije, svaka predstavlja neki uređaj. U trenutku kada smo isključili neki od tih uređaja (primjerice USB disk), udevd potom briše i posebnu datoteku u /dev/ direktoriju, koja se referencira na taj disk (preko upravljačkog programa).
Pošto se udevd program izvršava u korisničkom memorijskom prostoru (izvan kernelovog prostora), moguće su određene intervencije od strane korisnika, pošto udevd ovisi o posebnom virtualnom datotečnom sustavu sysfs.

U priči o dodavanju novog ili isključivanju hardvera, zadatak je samog kernela da otkrije novi uređaj (hardver).U svakom slučaju kernel za sav hardver, kreira određene unose (posebne datoteke) koje su vidljive unutar sysfs datotečnog sustava, koji se nalazi u direktoriju /sys/, a upravo koji i prati program udevd.

U obije priče, bez obzira da li se neki hardver inicijalizirao u trenutku pokretanja sustava ili kasnije, prije trenutka učitavanja upravljačkog programa, kreira se posebna datoteka, koja predstavlja taj upravljački program odnosno hardver koji stoji iza njega i to prema posebnim pravilima, o kojima ćemo sada govoriti.

Dakle svaki device file odnosno posebna datoteka unutar direktorija /dev/, ima dvije posebne oznake. Pogledajmo datoteku koju predstavlja prvi i drugi SATA disk (sda i sdb):

ls -al /dev/sda /dev/sdb

brw-rw---T 1 root disk 8,  0 Dec  2 18:13 /dev/sda
brw-rw---T 1 root disk 8, 16 Dec  2 18:13 /dev/sdb

Prvo slovo (b) govori nam kako se radi o blok uređajima. Druga moguća kategorija su character uređaji, koji bi imali prvo slovo (c).

U petom stupcu za disk sda vidimo brojeve: 8,0 a za disk sdb vidimo brojeve 8,16. Ovi brojevi se zovu redom:

1. prvi broj se naziva Major odnosno značajniji broj (u našem slučaju je to broj 8 za oba uređaja)
2. drugi broj se naziva Minor odnosno manje značajan (u našem slučaju disk sda ima broj 0 a disk sdb ima broj 16).

Radi se o tome, kako prvi (Major) broj identificira upravljački program, koji se mora koristiti, dok drugi broj (Minor) identificira sam uređaj, za koji ga koristimo.

Gdje se nalazi poveznica između posebne datoteke u /dev/ direktoriju, koja predstavlja uređaj sa pripadajućim Major i Minor brojevima ?

Odgovor je: nalazi se u /sys/dev/ direktoriju, i to u jednom od dva poddirektorija:

• block - ako se radi o blok uređaju
• character - ako se radi o character uređaju.

U našem slučaju pogledajmo prvo disk /dev/sda/: 8,0. Koristiti ćemo naredbu readlink zbog ljepšeg ispisa, ali mogli smo koristiti i naredbu ls :

readlink /sys/dev/block/8\:0/device/driver

../../../../../../bus/scsi/drivers/sd

Za blok uređaje, ova informacija se nalazi i u direktoriju /sys/block/OZNAKA-DISKA/device/driver:

readlink /sys/block/sda/device/driver

Dakle radi se o vršnom upravljačkom programu sd, koji je konkretno došao sa samim kernelom odnosno ugrađen je u njega ali u slučaju SATA/SCSI ili SAS diskova, ovo je malo složenije priča jer se radi o funkcioniranju na dvije osnovne razine:

1. vršna razina, kojom upravlja sd komponenta, a koja se oslanja na upravljački program za disk kontroler (dolje)
2. sam upravljački program za konkretan disk kontroler i u konačnici disk

Saznali smo prvu razinu (sd), sada nas zanima konkretan upravljački program za disk kontroler, na koji je spojen disk. Detaljne informacije možemo dobiti pomoću programa udevadm. Pogledajmo i kako (ispis ćemo maksimalno skratiti samo na polja koja sadrže ključnu riječ “DRIVERS”):

udevadm info -a -n /dev/sda |grep DRIVERS
    DRIVERS=="sd"
...
    DRIVERS=="ata_piix"
...

Dakle došli smo do toga kako se radi o upravljačkom programu imena: ata_piix, što je upravljački program najniže razine za SATA disk kontroler (Intel PIIX/ICH (S)ATA).

Pogledajmo i osnovnu (skraćenu tablicu) linux uređaja sa pripadajućim Major i Minor brojevima: