Сага о драйверах: различия между версиями

Версия от 06:53, 10 февраля 2023

Статья пишется на основе знаменитой статьи "Сага о драйверах"

Замечания и предложения по статье можно посылать в телеграмм канал Saga_o_Driverah

Данная страница находится в разработке.
Эта страница ещё не закончена. Информация, представленная здесь, может оказаться неполной или неверной.

У вас не работает "железо", что делать

Часто на форуме можно встретить вопрос такого типа:

"Я поставил ваш дистрибутив на свой ноутбук и у меня не работает WiFi карточка".

Давайте на примере этого вопроса узнаем кое-что об оборудовании компьютера (дальше для краткости я его буду просто называть "железо") и о программах,которые с ним работают (для краткости - драйвера).

"Железо" может быть внутри компьютера, или внешним. Оно может подсоединяться к "сердцу" компьютера, его процессору по различным шинам (линиям связи). Для обеспечения этой связи обычно используется "материнская плата" (видел я и компьютеры, в которрых она называлась просто "задняя стенка" ;-) ).

Существует достаточно много различных типов таких шин - USB, PCI, PS/2, SATA, Com-порт, LPT порт и т.п.

Если мы говорим про Wi-Fi карточку в ноутбуке, то она может находится или на шине USB или на шине PCI (я говорю о них как о типе шин, так-как например, USB бывают разными, как впрочем и PCI ).

Для обнаружения таких устройств существуют две команды lspci и lsusb.

lsusb

Вот я сейчас сижу за ноутбуком и даю команду :

$ lsusb
Bus 002 Device 001: ID 1d6b:0003 Linux Foundation 3.0 root hub
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 006 Device 002: ID 0bda:57b4 Realtek Semiconductor Corp. USB Camera
Bus 006 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 008 Device 002: ID 13d3:3501 IMC Networks 
Bus 008 Device 001: ID 1d6b:0001 Linux Foundation 1.1 root hub
Bus 005 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 007 Device 004: ID 1ea7:0064 SHARKOON Technologies GmbH 2.4GHz Wireless rechargeable vertical mouse [More&Better]
Bus 007 Device 001: ID 1d6b:0001 Linux Foundation 1.1 root hub
Bus 004 Device 001: ID 1d6b:0003 Linux Foundation 3.0 root hub
Bus 003 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

Что мы видим?

Bus 007 Device 004: ID 1ea7:0064 SHARKOON Technologies GmbH 2.4GHz Wireless rechargeable vertical mouse [More&Better]

Bus 007 - устройство висит на седьмой шине USB
Device 004:- оно на этой шине четвертое  
ID 1ea7:0064 - это его идентификатор, определяющая какая фирма произвела устройство и идентификатор самого устройства
SHARKOON Technologies GmbH 2.4GHz Wireless rechargeable vertical mouse [More&Better] - имя устройства (за его идентификацию отвечает пакет usbids)

Допустим нам надо посмотреть какой драйвер (в данном случае модуль ядра) "обслуживает" устройство мыши.

Для этого даём команду :

 lsusb  -tv
/:  Bus 08.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=ohci-pci/5p, 12M
    ID 1d6b:0001 Linux Foundation 1.1 root hub
    |__ Port 5: Dev 2, If 0, Class=Wireless, Driver=btusb, 12M
        ID 13d3:3501 IMC Networks 
    |__ Port 5: Dev 2, If 1, Class=Wireless, Driver=btusb, 12M
        ID 13d3:3501 IMC Networks 
/:  Bus 07.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=ohci-pci/5p, 12M
    ID 1d6b:0001 Linux Foundation 1.1 root hub
    |__ Port 1: Dev 4, If 0, Class=Human Interface Device, Driver=usbhid, 12M
        ID 1ea7:0064 SHARKOON Technologies GmbH 2.4GHz Wireless rechargeable vertical mouse [More&Better]
/:  Bus 06.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=ehci-pci/5p, 480M
    ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
    |__ Port 4: Dev 2, If 0, Class=Video, Driver=uvcvideo, 480M
        ID 0bda:57b4 Realtek Semiconductor Corp. 
    |__ Port 4: Dev 2, If 1, Class=Video, Driver=uvcvideo, 480M
        ID 0bda:57b4 Realtek Semiconductor Corp. 
/:  Bus 05.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=ehci-pci/5p, 480M
    ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
/:  Bus 04.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=xhci_hcd/2p, 5000M
    ID 1d6b:0003 Linux Foundation 3.0 root hub
/:  Bus 03.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=xhci_hcd/2p, 480M
    ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
/:  Bus 02.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=vhci_hcd/8p, 5000M
    ID 1d6b:0003 Linux Foundation 3.0 root hub
/:  Bus 01.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=vhci_hcd/8p, 480M
    ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

lsusb -t наглядно показывает какое USB устройство подсоединено к конкретному порту USB, Но нам в данном случае важнo, что команда показывает какой драйвер использует то, или иное устройство. В данном случае, мы видим, например, что "IMC Networks" использует модуль ядра (драйвер) btusb. И мы видим что это составное устройство. Зная устройство своего ноутбука, могу сразу сказать, что это комбинированная внутренняя карточка, одновременно работающая и с Wi-Fi и c bluetooth (сам в своё время покупал, заменив старую карточку).

lspci

Ну и для примера приведу как работать с командой lspci. На другом компьютере даю команду lspci

00:00.0 Host bridge: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] Family 15h (Models 10h-1fh) Processor Root Complex
00:00.2 IOMMU: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] Family 15h (Models 10h-1fh) I/O Memory Management Unit
00:04.0 PCI bridge: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] Family 15h (Models 10h-1fh) Processor Root Port
00:10.0 USB controller: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] FCH USB XHCI Controller (rev 03)
00:10.1 USB controller: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] FCH USB XHCI Controller (rev 03)
00:11.0 SATA controller: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] FCH SATA Controller [AHCI mode] (rev 40)
00:12.0 USB controller: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] FCH USB OHCI Controller (rev 11)
00:12.2 USB controller: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] FCH USB EHCI Controller (rev 11)
00:13.0 USB controller: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] FCH USB OHCI Controller (rev 11)
00:13.2 USB controller: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] FCH USB EHCI Controller (rev 11)
00:14.0 SMBus: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] FCH SMBus Controller (rev 14)
00:14.2 Audio device: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] FCH Azalia Controller (rev 01)
00:14.3 ISA bridge: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] FCH LPC Bridge (rev 11)
00:14.4 PCI bridge: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] FCH PCI Bridge (rev 40)
00:15.0 PCI bridge: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] Hudson PCI to PCI bridge (PCIE port 0)
00:15.2 PCI bridge: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] Hudson PCI to PCI bridge (PCIE port 2)
00:15.3 PCI bridge: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] Hudson PCI to PCI bridge (PCIE port 3)
00:18.0 Host bridge: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] Family 15h (Models 10h-1fh) Processor Function 0
00:18.1 Host bridge: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] Family 15h (Models 10h-1fh) Processor Function 1
00:18.2 Host bridge: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] Family 15h (Models 10h-1fh) Processor Function 2
00:18.3 Host bridge: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] Family 15h (Models 10h-1fh) Processor Function 3
00:18.4 Host bridge: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] Family 15h (Models 10h-1fh) Processor Function 4
00:18.5 Host bridge: Advanced Micro Devices, Inc. [AMD] Family 15h (Models 10h-1fh) Processor Function 5
01:00.0 VGA compatible controller: NVIDIA Corporation GF119 [GeForce GT 610] (rev a1)
01:00.1 Audio device: NVIDIA Corporation GF119 HDMI Audio Controller (rev a1)
03:00.0 Network controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8812AE 802.11ac PCIe Wireless Network Adapter (rev 01)
04:00.0 Ethernet controller: Qualcomm Atheros AR8161 Gigabit Ethernet (rev 10)
05:00.0 USB controller: Renesas Technology Corp. uPD720201 USB 3.0 Host Controller (rev 03)

Нас интересует это устройство:

03:00.0 Network controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8812AE 802.11ac PCIe Wireless Network Adapter (rev 01)

03:00.0 - это "порт" подключения устройства
Network controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8812AE 802.11ac PCIe Wireless Network Adapter (rev 01) - его название (за него отвечает пакет pciids)

Для поиска драйверов важны идентификаторы вендора и устройства, именно по ним ищет "опреационка" какой драйвер (модуль ядра) нужно загрузить. И по ним легче искать в интернете какой драйвер нужно использовать. Для примера, посмотрим эти идентификаторы у карточки "Network controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8812AE 802.11ac PCIe Wireless Network Adapter (rev 01)". Мы видим из предыдущей команды, что она подключяена к порту 03:00.0. Даём следующую команду:

$ lspci -n -s 03:00.0
03:00.0 0280: 10ec:8812 (rev 01)

Здесь $ - это не часть команды, а приглашение bash и в котексте статьи означает, что команду можно давать от обычного пользователя

Что мы видим :

03:00.0 - это "порт"подключения
0280: идентификатор контроллера
10ec:8812 - идентификатор вендора и идентификатор устройства

Иногда удобнее увидеть и имя устройства, тогда можно дать такую команду:

$ lspci -nn -s 03:00.0
03:00.0 Network controller [0280]: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8812AE 802.11ac PCIe Wireless Network Adapter [10ec:8812] (rev 01)

Для того, чтобы посмотреть какой модуль ядра (драйвер) "обслуживает" сейчас данное устройство надо дать команду:

# lspci -k -s 03:00.0 
03:00.0 Network controller: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8812AE 802.11ac PCIe Wireless Network Adapter (rev 01)
        Subsystem: Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8812AE 802.11ac PCIe Wireless Network Adapter
        Kernel driver in use: rtl8821ae

Значок # - это приглашение root, а не команда, говорит о том, что команда требует прав root.

Как мы видим используется драйвер rtl8821ae

Хуже бывает, если система не говорит о загруженном драйвере , т.е. отсутствует строчка

   Kernel driver in use: rtl8821ae

В этом случае нам надо искать какой драйвер надо использовать.

Немного теории

Под драйверами часто понимают все программы, обеспечивающие работу устройств.

В Линукс можно выделить несколько видов программ, работающих с устройств.

Наибольшая часть из таких программ в Линукс входят в ядро. Это почти все драйвера, работающие с внутренними устройствами компьютера и многие устройства использующие шину USB. Большинство из таких драйверов входят в основную ветку разработки ядра и входят в пакет kernel-image. Кроме того, помимо модулей ядра, входящих в основную ветку ядра, существуют модули ядра по какой-либо причине в него не входящие. Обычно это или модули ядра с закрытыми частями от разработчиков "железа", или новые, ещё не отлаженные до конца модули.

Поскольку Linux достаточно динамичная "среда" программного обеспечения, то иногда появляется ситуация, что какое-то оборудование могут поддерживать несколько модулей ядра.

При наличии нескольких конкурирующих модулей, для работы с конкретным устройством, возникает задача указать какой модуль применять. Для этого применяются опции блокировки конкретного модуля. Для этого в каталоге /etc/modprobe.d для этого создаётся файл, обычно с именем blacklist_суффикс.conf и с опцией blacklist имя_модуля.

Например, в пакет kernel-modules-e1000e-std-def входит файл blacklist-e1000e.conf с содержимым:

blacklist e1000e

Модули ядра расположены в каталоге /lib/modules/имя_релиза_ядра. Имя релиза загруженного ядра выдаёт команда uname -r.

Помимо модулей ядра с оборудованием работают и модули других программ, которые в обыденной жизни тоже называют драйверами.

Так со сканерами работают модули программы sane, расположенные в каталоге (для архитектуры x86_64) /usr/lib64/sane (входят в пакет libsane). Поддерживаемые сканеры проектом Sane можно посмотреть в http://www.sane-project.org/sane-supported-devices.html

А с принтерами работают модули cups, который имеет свои модули поддержки принтеров. Про поддержку принтеров проектом cups можно посмотреть https://openprinting.org/printers

Где искать драйвер

- во-первых, стоит поставить пакет типа kernel-doc-std-def, но там обычно есть описания только модулей ядра, которые уже входят в ядро.

- во-вторых, на сайте https://linux-hardware.org есть возможность поискать по идентификаторам вендора и устройства какой драйвер нужен для вашего устройства Например поиск Ищем карточку Realtek Semiconductor Co., Ltd. RTL8812AE 802.11ac PCIe Wireless Network Adapter по его id и потм по ссылке смотрим какой драйвер ядра её поддерживает

- в-третьих, искать в интернете по идентификаторам , лучше по идентификаторам, в том виде как выдают их команды lsusb и lspci. Искать по названию устройств не эффективно, так как в поиске получите или описание драйверов для Windows или рекламу купить это устройство.

Немного о драйверах и прошивках

В силу того, между разработчиками оборудования существует конкуренция, его разработчики не заинтересованы подробно делиться подробным кодом их работы. Особенно новыми разработками. Поэтому довольно часто создаются закрытые прошивки, которые загружаются драйвером или в ОЗУ компьютера, или в внутреннюю память самого устройства.

Прошивки для модулей ядра находятся в каталоге /lib/firmware.

Этим "грешат" как некоторые внутренние устройства, например Ethernet и Wi-Fi карты, так и некоторые принтеры и сканеры. Ещё один плюс для разработчиков аппаратуры компьютера , это то, что они таким способом удешевляют стоимость их аппаратной части.

Бывают ситуации, что драйвер есть, а прошивки ему не хватает. Например модуль ядра для Wi-Fi Broadcom, входящий на момент написания статьи в основное дерево, требует отдельной прошивки, причём условия его распространения не позволяют включать прошивки в дистрибутив, и даже класть в репозиторий (см Wi-fi_Broadcom), но достаточно недавно появился модуль bcmwl, устраняющий эту проблему, но он ещё не вошёл в основное дерево ядра и пока распространяется отдельно.

Схема работы ядра с оборудованием

Упрощённо работу ядра с оборудованием можно представить так:

- после загрузки ядра, ядро обнаруживает устройства, которые или находятся внутри компьютера, или присоединены  к его внутренним или внешним шинам и идентифицирует их по их идентификаторам.

- если модуль ядра уже не загружен в ОЗУ (некоторые модули ядра могут входить в основную часть ядра и загружаться как единое целое с ним), то условно "диспетчер" (далее без кавычек) модулей ядра ищет по информации находящейся в модулях ядра, модуль, который умеет работать с этим устройством. 

- после нахождения модуля ядра, диспетчер модулей ядра проверяет - нет-ли этого модуля в "черных списках" (blacklist) на загрузку, и если нет, то загружает этот модуль ядра.

- в момент загрузки модуля диспетчер модулей ядра ищет в /etc/modprobe.d/  информацию о том, с какими параметрами загружать модуль.

- в этот момент при необходимости, загружается прошивка, необходимая для работы модуля.

- в виртуальной файловой системе /sys создаётся информация об устройстве и модуле ядра, работающего с ним, для того, чтобы внешние программы могли получить информацию об устройстве и модуле.

- запускается  udev,  который считывает свои правила и в соответствии с ними, создаёт (при необходимости) в файловой системе "устройства" /dev (иногда их называют "нодами устройств"), которые являются одним из каналов общения между программами и устройствами. А также может запускать какие-либо программы, которые могут обеспечивать работу программ, вплоть до подмены идентификаторов вендоров и устройств.

В принципе, в большинстве случаев этого достаточно для начала работы с устройствами.

Раньше ноды устройств создавались статически. Некоторые ноды и сейчас создаются статически (и их может создать грамотный администратор) и лежат в каталоге /dev уже в момент загрузки устройств. Но теория и практика применения Линукс развивалась и теперь большинство необходимых ноы создаются и удаляются динамически.

Про команды работы с модулями ядра

Часто для того, чтобы понять почему не работает какое-либо устройство, часто надо посмотреть какие модули ядра загрузились в ОЗУ. Это можно посмотреть с помощью команды lsmod.

# lsmod
Module                  Size  Used by
btrfs                1810432  0
blake2b_generic        20480  0
xor                    24576  1 btrfs
...

ehci_pci               16384  0
serio_raw              16384  0
ehci_hcd               65536  1 ehci_pci
scsi_common            16384  6 scsi_mod,usb_storage,pktcdvd,uas,libata,sr_mod

Для того, чтобы загрузить из командной строки какой либо модуль ядра в ОЗУ можно использовать команду modprobe имя_модуля. Команда modprobe имя_модуля умеет загружать модули из каталога с текущим ядром, и упомянутая в файле /lib/modules/$(uname -r)/modules.dep.

Второй способ загрузки модуля ядра, это выполнение команды insmod, она позволяет загружать модуль из заданного каталога, например:

Для того, чтобы выгрузить модуль ядра rmmod имя_модуля. Важно заметить, что когда модуль загружен и в данный момент работает с устройством, его нельзя выгрузить.

Для того, чтобы посмо

@@ Строка 240: / Строка 240: @@
 == Про команды работы с модулями ядра ==
-Часто для того, чтобы понять почему не работает какое-либо устройство, часто надо посмотреть какие модули ядра загрузились в ОЗУ. Это можно посмотреть с помощью команды {{cmd|lsmod}}. Для того, чтобы загрузить из командной строки какой либо модуль ядра в ОЗУ можно использовать команду {{cmd|modprobe имя_модуля}}, а для того, чтобы выгрузить модуль ядра {{cmd|rmmod имя_модуля}}
+Часто для того, чтобы понять почему не работает какое-либо устройство, часто надо посмотреть какие модули ядра загрузились в ОЗУ. Это можно посмотреть с помощью команды {{cmd|lsmod}}.
+<source>
+# lsmod
+Module                  Size  Used by
+btrfs                1810432  0
+blake2b_generic        20480  0
+xor                    24576  1 btrfs
+...
+ehci_pci               16384  0
+serio_raw              16384  0
+ehci_hcd               65536  1 ehci_pci
+scsi_common            16384  6 scsi_mod,usb_storage,pktcdvd,uas,libata,sr_mod
+</source>
+# Для того, чтобы загрузить из командной строки какой либо модуль ядра в ОЗУ можно использовать команду {{cmd|modprobe имя_модуля}}. Команда  {{cmd|modprobe имя_модуля}} умеет загружать модули из каталога с текущим ядром, и упомянутая в файле {{cmd|/lib/modules/$(uname -r)/modules.dep}}.
+Второй способ загрузки модуля ядра, это выполнение команды {{cmd|insmod}}, она позволяет загружать модуль из заданного каталога, например:
+Для того, чтобы выгрузить модуль ядра {{cmd|rmmod имя_модуля}}. Важно заметить, что когда модуль загружен и в данный момент работает с устройством, его нельзя выгрузить.
+Для того, чтобы посмо