201.3 - Gestion del kernel en ejecucion

Introduccion

La gestion del kernel en ejecucion permite a los administradores ajustar el comportamiento del sistema sin necesidad de reiniciar ni recompilar el kernel. Esto incluye la carga y descarga de modulos, el ajuste de parametros del kernel en tiempo real y el diagnostico del sistema a traves del buffer de anillo del kernel.

Este subtema tiene un peso de 4 en el examen, lo que lo convierte en el mas importante del Tema 201.

Sistema de archivos /proc

/proc/sys - Parametros del kernel

El directorio /proc/sys/ contiene archivos virtuales que representan parametros ajustables del kernel en tiempo real. Los cambios realizados aqui son inmediatos pero no persisten tras un reinicio.

$ ls /proc/sys/
abi/  crypto/  debug/  dev/  fs/  kernel/  net/  vm/

Categorias principales:

Directorio	Contenido
/proc/sys/kernel/	Parametros generales del kernel
/proc/sys/net/	Configuracion de red
/proc/sys/vm/	Gestion de memoria virtual
/proc/sys/fs/	Parametros del sistema de archivos
/proc/sys/dev/	Parametros de dispositivos

Ejemplos de parametros comunes

# Ver el hostname
$ cat /proc/sys/kernel/hostname
servidor01
 
# Ver el reenvio de paquetes IPv4
$ cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
0
 
# Ver la tendencia del sistema a usar swap (swappiness)
$ cat /proc/sys/vm/swappiness
60
 
# Numero maximo de archivos abiertos del sistema
$ cat /proc/sys/fs/file-max
9223372036854775807
 
# Numero maximo de PIDs
$ cat /proc/sys/kernel/pid_max
4194304

Modificacion directa de parametros

Se pueden modificar parametros escribiendo directamente en los archivos de /proc/sys/:

# Habilitar el reenvio de paquetes IPv4
$ echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
 
# Reducir la tendencia a usar swap
$ echo 10 > /proc/sys/vm/swappiness
 
# Habilitar SYN cookies (proteccion contra SYN flood)
$ echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/tcp_syncookies

Para el examen: Los cambios realizados directamente en /proc/sys/ son inmediatos pero se pierden al reiniciar. Para hacerlos permanentes, se deben configurar en sysctl.conf.

sysctl - Gestion de parametros del kernel

Consultar parametros

sysctl es la herramienta de linea de comandos para leer y modificar parametros del kernel:

# Ver todos los parametros
$ sysctl -a
 
# Ver un parametro especifico
$ sysctl net.ipv4.ip_forward
net.ipv4.ip_forward = 0
 
# Ver parametros que coinciden con un patron
$ sysctl -a | grep swappiness
vm.swappiness = 60

La notacion de sysctl usa puntos en lugar de barras:

• /proc/sys/net/ipv4/ip_forward equivale a net.ipv4.ip_forward

Modificar parametros en tiempo real

# Habilitar reenvio de paquetes
$ sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
net.ipv4.ip_forward = 1
 
# Cambiar swappiness
$ sysctl -w vm.swappiness=10
vm.swappiness = 10
 
# Cambiar numero maximo de conexiones en cola
$ sysctl -w net.core.somaxconn=4096
net.core.somaxconn = 4096

Persistencia con sysctl.conf

Para que los cambios persistan entre reinicios, se configuran en /etc/sysctl.conf o en archivos dentro de /etc/sysctl.d/:

# /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
vm.swappiness = 10
net.ipv4.tcp_syncookies = 1
net.core.somaxconn = 4096
fs.file-max = 2097152
kernel.panic = 10

# Aplicar los cambios del archivo de configuracion
$ sysctl -p
# o especificar un archivo
$ sysctl -p /etc/sysctl.d/99-custom.conf
 
# Cargar todos los archivos de configuracion
$ sysctl --system

Para el examen: sysctl -w modifica un parametro en tiempo real. sysctl -p carga la configuracion desde el archivo (por defecto /etc/sysctl.conf). La opcion --system carga desde todos los archivos de configuracion del sistema.

Parametros importantes para el examen

Parametro	Funcion	Valor tipico
net.ipv4.ip_forward	Enrutamiento de paquetes IPv4	0 (deshabilitado)
net.ipv6.conf.all.forwarding	Enrutamiento IPv6	0
vm.swappiness	Tendencia a usar swap (0-100)	60
kernel.hostname	Nombre del host	Nombre del sistema
kernel.panic	Segundos antes de reiniciar tras panic	0 (no reinicia)
net.ipv4.tcp_syncookies	Proteccion contra SYN flood	1
fs.file-max	Maximo de archivos abiertos	Variable
net.ipv4.icmp_echo_ignore_all	Ignorar ping	0 (responde)
kernel.sysrq	Habilitar teclas SysRq magicas	1

Gestion de modulos del kernel

lsmod - Listar modulos cargados

lsmod muestra los modulos actualmente cargados en el kernel, formateando la informacion de /proc/modules:

$ lsmod
Module                  Size  Used by
nf_tables             258048  0
ext4                  819200  1
mbcache                16384  1 ext4
jbd2                  135168  1 ext4
vfat                   20480  1
fat                    86016  1 vfat

Columnas:

• Module: nombre del modulo
• Size: tamano en bytes que ocupa en memoria
• Used by: numero de dependencias y nombres de modulos que lo usan

modinfo - Informacion de un modulo

$ modinfo ext4
filename:       /lib/modules/5.15.0-56-generic/kernel/fs/ext4/ext4.ko
softdep:        pre: crc32c
license:        GPL
description:    Fourth Extended Filesystem
author:         Remy Card, Stephen Tweedie, Andrew Morton, Andreas Dilger
alias:          fs-ext4
alias:          ext3
depends:        mbcache,jbd2
intree:         Y
name:           ext4
vermagic:       5.15.0-56-generic SMP mod_unload modversions
parm:           mb_max_to_scan:... (uint)

Campos importantes:

• filename: ruta del archivo del modulo
• depends: modulos de los que depende
• parm: parametros configurables del modulo
• alias: nombres alternativos
• vermagic: version del kernel para la que fue compilado

modprobe - Cargar y descargar modulos inteligentemente

modprobe es la herramienta recomendada para gestionar modulos. A diferencia de insmod, resuelve dependencias automaticamente.

# Cargar un modulo (con dependencias)
$ modprobe vfat
# Carga automaticamente 'fat' si no esta cargado
 
# Descargar un modulo (con dependencias no usadas)
$ modprobe -r vfat
 
# Cargar un modulo con parametros
$ modprobe snd_hda_intel power_save=1
 
# Simular la carga sin cargar realmente (dry-run)
$ modprobe -n -v vfat
 
# Mostrar dependencias de un modulo
$ modprobe --show-depends vfat

insmod y rmmod - Carga y descarga basicas

insmod y rmmod son herramientas de bajo nivel que no resuelven dependencias:

# Cargar un modulo (requiere ruta completa, no resuelve dependencias)
$ insmod /lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs/vfat/vfat.ko
 
# Descargar un modulo (falla si hay dependencias activas)
$ rmmod vfat
 
# Forzar la descarga (peligroso)
$ rmmod -f vfat

Para el examen: Siempre usa modprobe en lugar de insmod/rmmod. modprobe resuelve dependencias automaticamente, mientras que insmod requiere la ruta completa del archivo .ko y no gestiona dependencias.

depmod - Generar dependencias de modulos

depmod analiza los modulos instalados y genera el archivo modules.dep con las dependencias:

# Generar dependencias para el kernel actual
$ depmod
 
# Generar dependencias para una version especifica
$ depmod 5.15.60
 
# Modo verbose
$ depmod -v

El archivo generado esta en:

/lib/modules/<version>/modules.dep

Para el examen: depmod debe ejecutarse despues de instalar modulos manualmente. modprobe depende de modules.dep para resolver dependencias. Si modprobe no encuentra un modulo nuevo, ejecuta depmod.

Configuracion de modulos

/etc/modprobe.d/

Los archivos en /etc/modprobe.d/ configuran el comportamiento de modprobe:

$ ls /etc/modprobe.d/
blacklist.conf
alsa-base.conf
dkms.conf

Tipos de directivas

# /etc/modprobe.d/custom.conf
 
# Crear un alias para un modulo
alias eth0 e1000e
 
# Definir opciones/parametros por defecto para un modulo
options snd_hda_intel power_save=1 power_save_controller=Y
 
# Impedir la carga de un modulo (blacklist)
blacklist nouveau
 
# Ejecutar un comando al cargar un modulo
install pcspkr /bin/true
 
# Ejecutar un comando al descargar un modulo
remove pcspkr /bin/true
 
# Cargar un modulo antes que otro (soft dependency)
softdep moduleA pre: moduleB

Blacklisting de modulos

Para impedir que un modulo se cargue automaticamente:

# /etc/modprobe.d/blacklist-nouveau.conf
blacklist nouveau
options nouveau modeset=0

Para el examen: Blacklistar un modulo con blacklist solo impide la carga automatica. El modulo aun puede cargarse manualmente con modprobe. Para bloquear completamente, usa install nombre_modulo /bin/true que redirige la carga a un comando inocuo.

Parametros de modulos

Los modulos pueden aceptar parametros que modifican su comportamiento:

# Ver parametros disponibles
$ modinfo -p e1000e
IntMode:Interrupt Mode (int)
InterruptThrottleRate:Interrupt Throttling Rate (int)
SmartPowerDownEnable:Enable PHY smart power down (int)
 
# Cargar con parametros
$ modprobe e1000e InterruptThrottleRate=3000
 
# Configurar parametros permanentes
# /etc/modprobe.d/e1000e.conf
options e1000e InterruptThrottleRate=3000

Estructura de /lib/modules/

$ ls /lib/modules/$(uname -r)/
build@           modules.alias      modules.dep      modules.symbols
kernel/          modules.alias.bin  modules.dep.bin  modules.symbols.bin
source@          modules.builtin    modules.devname  updates/

Elemento	Descripcion
kernel/	Directorio con modulos organizados por categoria
modules.dep	Dependencias entre modulos (texto)
modules.dep.bin	Dependencias en formato binario (mas rapido)
modules.alias	Mapeo de alias a modulos
modules.builtin	Lista de modulos compilados como built-in
build	Enlace simbolico al codigo fuente/headers
updates/	Modulos actualizados (DKMS, etc.)

uname - Informacion del kernel

# Version del kernel
$ uname -r
5.15.0-56-generic
 
# Toda la informacion
$ uname -a
Linux servidor01 5.15.0-56-generic #62-Ubuntu SMP x86_64 GNU/Linux
 
# Solo el nombre del kernel
$ uname -s
Linux
 
# Arquitectura
$ uname -m
x86_64

dmesg - Buffer de anillo del kernel

Concepto

dmesg muestra el contenido del kernel ring buffer (buffer de anillo del kernel), que contiene los mensajes generados por el kernel desde el arranque. Es fundamental para diagnostico de hardware, drivers y errores del kernel.

# Ver todos los mensajes del kernel
$ dmesg
 
# Solo mensajes de error y mas graves
$ dmesg --level=err,crit,alert,emerg
 
# Formato legible con marcas de tiempo
$ dmesg -T
 
# Seguir los mensajes en tiempo real
$ dmesg -w
 
# Limpiar el buffer
$ dmesg -c
 
# Formato con colores y paginacion
$ dmesg -H

Niveles de mensajes del kernel

Nivel	Nombre	Significado
0	emerg	Sistema inutilizable
1	alert	Accion inmediata necesaria
2	crit	Condicion critica
3	err	Error
4	warning	Advertencia
5	notice	Normal pero significativo
6	info	Informativo
7	debug	Depuracion

Filtrado de mensajes

# Mensajes relacionados con USB
$ dmesg | grep -i usb
 
# Mensajes de dispositivos de red
$ dmesg | grep -i eth
 
# Mensajes del ultimo arranque con journalctl
$ journalctl -k -b 0
 
# Mensajes del kernel con prioridad de error o superior
$ dmesg --level=err

Para el examen: dmesg es la herramienta principal para diagnosticar problemas de hardware y modulos. Los mensajes del kernel tambien se pueden ver con journalctl -k en sistemas con systemd. La opcion -T muestra marcas de tiempo legibles.

Ajuste de parametros en tiempo de ejecucion: ejemplos practicos

Optimizacion de red

# Habilitar enrutamiento
$ sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
 
# Aumentar el buffer de conexiones TCP
$ sysctl -w net.core.somaxconn=65535
 
# Aumentar el rango de puertos efimeros
$ sysctl -w net.ipv4.ip_local_port_range="1024 65535"
 
# Habilitar reutilizacion de sockets TIME_WAIT
$ sysctl -w net.ipv4.tcp_tw_reuse=1

Optimizacion de memoria

# Reducir swappiness para servidores de base de datos
$ sysctl -w vm.swappiness=10
 
# Ajustar proporcion de dirty pages
$ sysctl -w vm.dirty_ratio=15
$ sysctl -w vm.dirty_background_ratio=5
 
# Habilitar overcommit de memoria
$ sysctl -w vm.overcommit_memory=1

Seguridad

# Deshabilitar respuesta a ping
$ sysctl -w net.ipv4.icmp_echo_ignore_all=1
 
# Proteccion contra IP spoofing
$ sysctl -w net.ipv4.conf.all.rp_filter=1
 
# Deshabilitar aceptacion de redireccion ICMP
$ sysctl -w net.ipv4.conf.all.accept_redirects=0
 
# Habilitar proteccion contra SYN flood
$ sysctl -w net.ipv4.tcp_syncookies=1

Para el examen: Los ajustes de sysctl mas preguntados son: ip_forward (enrutamiento), swappiness (memoria), tcp_syncookies (seguridad) y icmp_echo_ignore_all (seguridad). Recuerda que -w aplica en tiempo real y /etc/sysctl.conf hace los cambios permanentes.

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Trampas del examen

Errores comunes y distinciones criticas que LPI suele evaluar en este subtema:

• modprobe vs insmod — modprobe resuelve dependencias automaticamente y busca por nombre; insmod requiere la ruta completa del archivo .ko y no gestiona dependencias. Siempre se prefiere modprobe en produccion
• sysctl -w vs escribir en /proc/sys/ — ambos son equivalentes para cambios temporales, pero ninguno persiste tras reiniciar. Solo /etc/sysctl.conf o /etc/sysctl.d/*.conf hacen cambios permanentes
• sysctl -p vs sysctl --system — -p carga solo desde /etc/sysctl.conf (o el archivo especificado); --system carga desde todos los archivos de configuracion del sistema (/etc/sysctl.d/, /usr/lib/sysctl.d/, etc.)
• blacklist no bloquea completamente un modulo — blacklist nouveau solo impide la carga automatica. El modulo puede cargarse manualmente con modprobe nouveau. Para bloquearlo completamente, usa install nouveau /bin/true
• depmod debe ejecutarse tras instalar modulos manualmente — si agregas un archivo .ko y modprobe no lo encuentra, es porque falta ejecutar depmod para regenerar modules.dep
• La notacion de sysctl usa puntos, no barras — net.ipv4.ip_forward corresponde a /proc/sys/net/ipv4/ip_forward. Confundir la notacion es una trampa comun
• dmesg -T vs dmesg sin opciones — sin -T, las marcas de tiempo son en segundos desde el arranque (ilegibles). Con -T se muestran en formato humano. El examen puede preguntar que opcion hace legible la salida
• /proc/modules vs lsmod — lsmod simplemente formatea la salida de /proc/modules. Ambos muestran lo mismo, pero en preguntas sobre archivos del kernel, la respuesta es /proc/modules
• vm.swappiness=0 no desactiva el swap — solo minimiza su uso. El kernel seguira usando swap si la memoria esta criticamente baja. Para desactivar swap completamente, se usa swapoff -a