Integridades internas del kernel y controladores de dispositivos GNU/Linux integrados

Prerequisites:

• Conocimiento básico del uso de un sistema GNU/Linux como usuario final
• Conocimiento básico de un shell de línea de comandos
• Conocimientos básicos de desarrollo en espacio de usuario / aplicaciones
• Conocimiento intermedio de programación en C
• Debería haber asistido antes a Arquitectura de Sistemas GNU/Linux Integrados (¡muy recomendado!) y/o tener un buen entendimiento de los temas allí descritos

Overview:

Descripción

Este curso de formación de 5 días utiliza ejercicios prácticos combinados con instrucciones para ilustrar los conceptos de las integridades internas del kernel GNU/Linux y el desarrollo de controladores de dispositivos. Está diseñado para ponerte al día rápidamente. Describe los procesos, conceptos y comandos necesarios para escribir controladores de dispositivos GNU/Linux a través de una combinación de teoría y entrenamiento en el puesto de trabajo.

No reinventes la rueda, pero aprende de un formador con experiencia y lleva contigo el conocimiento funcional y la capacidad de usarlo eficazmente en tu propio proyecto de desarrollo integrado.

¿Quién debería asistir?

Personas interesadas o encargadas del desarrollo o evaluación del desarrollo de controladores de dispositivos GNU/Linux, como ingenieros de software, ingenieros de campo, gerentes (de proyecto) e ingenieros de hardware.

Course Outline:

Introducción

• historia rápida de GNU/Linux
• licenciamiento
• versionado del kernel
• ciclo de lanzamiento
• ramas del kernel
• mainline
• kernel frente a espacio de usuario
• mecanismo frente a política
• alternativas de controladores del kernel
• RTOS frente a Linux

Gestión de Memoria

• memoria virtual frente a memoria física
• asignación de memoria en el kernel
• páginas
• zonas
• API
• slab

Parche del Kernel

• ciclo de vida
• git
• fuente del kernel
• crear parche
• verificar parche
• corregir parche
• enviar parche
• código auditado

Módulos del Kernel

• obtener fuentes del kernel
• configurar/compilar/instalar
• controladores de dispositivos (enlazados estáticamente, cargados en tiempo de ejecución)
• init/exit
• licenciamiento
• EXPORTAR SÍMBOLO GPL
• makefile fuera del árbol de fuentes
• herramientas de inicio de módulo (module-init-tools)
• módulo dentro del árbol del kernel
• Kconfig
• paso de parámetros
• sparse

Controladores de Caracteres

• arquitectura
• interfaz usuario/kernel
• subsistema I/O
• VFS (Sistema de Archivos Virtual)
• sysfs (dispositivos, bus, controladores, clases),
• kobject/ktype/kset
• modelo de controlador del kernel de Linux
• archivos de dispositivo
• controlador de carácter
  • inicialización
  • registro
  • open, release
  • cdev, cdev add, cdev del,...
  • números mayor/menor
  • udev, udevmonitor, udevadm

Operaciones Avanzadas de Controladores de Caracteres

• ioctl
• ioctl sin bloqueo
• ioctl compatible (compat ioctl)
• API en espacio de usuario
• API en espacio de kernel
• ciclo de vida del proceso
• dormir/bloquear
• dormir/despertar
• cola de espera (wait queue)
• problema del rebaño tronador (thundering herd)
• poll/select

Depuración del Kernel

• depuración
• depuración del kernel
  • búsqueda binaria con git
  • soporte de depuración del kernel
  • printk syslogd, klogd, niveles de registro, límite de tasa, niveles de depuración, sistemas selectivos de depuración
  • depuración mediante consulta de debugfs
  • depuración de oops, aseguramiento de oops
  • Tecla Mágica SysRq
  • kgdb/kdb
  • JTAG

Rastreo (Tracing)

• gcov
• lcov
• oprofile
• ftrace
  • traza nop
  • traza de funciones
  • traza de cambios de planificador (sched switch)
  • traza de gráfico de funciones
  • traza dinámica
• trace-cmd/kernelshark
• perf
• LTTng

Interrupciones

• interrupciones frente a sondeo (polling)
• interrupción
• secciones de programa
• reintroducción (reentrancy)
• eventos
• manejador de interrupciones
• manejador de interrupciones compartido
• flujo de interrupciones
• control de interrupciones

Aplazamiento de Trabajo

• partes superiores/inferiores (top/bottom halves)
• softirqs (interrupciones de software)
• tasklets
• colas de trabajo (work queues)
• interrupciones en hilo (threaded interrupts)

Concurrencia

• región/sección crítica
• atómico (atomic)
• condición de carrera (race condition)
• sincronización
• bloqueo (locking)
• soluciones de bloqueo
• interbloqueo (deadlock)
• contención
• ¿qué bloquear?
• ¿qué se puede usar?
  • operaciones atómicas
  • bloqueos de giro (spin locks)
  • bloqueos de giro lector-escritor
  • semáforo
  • semáforo binario
  • mutex
  • semáforo lector-escritor
  • variables de finalización (completion variables)
  • bloqueos secuenciales
  • deshabilitar preemoción
  • ordenación y barreras (barriers)

Tiempo

• HZ
• Jiffies
• demoras grandes/pequeñas
• temporizadores del kernel

E/I de Hardware

• Puertos de E/I
• Memoria de E/I
• ¿Cómo lidiar con los efectos secundarios al acceder a registros?

Comunicación Usuario-Kernel

• put(get)_user()
• copiar a(desde)_user()
• E/I del Kernel
• mapeo de memoria
• procfs
• sysfs
• debugfs
• relayfs
• netlink
• ioctl

Portabilidad

• tamaño de palabra
• tipos opacos
• char con/sin signo
• alineación de datos
• promoción entera (integral promotion)
• reutilización de código
• endianidad (endianess)
• tick del sistema
• tamaño de página
• ordenación de instrucciones
• SMP/preemoción/memoria alta

A menos que se indique lo contrario, el contenido y este programa de curso tienen licencia bajo Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0).