임베디드 GNU/리눅스 커널 내부 구조 및 장치 드라이버

Prerequisites:

• GNU/리눅스 시스템을 일반 사용자로서 사용하는 데 대한 기본 지식
• 명령줄 쉘 사용에 대한 기본 지식
• 유저스페이스(애플리케이션) 개발에 대한 기본 지식
• C 프로그래밍 중급 지식
• 이전에 임베디드 GNU/리눅스 시스템 아키텍처 과정을 수강했거나(강력히 권장), 해당 과정에서 다루는 주제에 대해 잘 이해하고 있어야 합니다.

Overview:

개요

이 5일 과정은 실습 과제와 강의를 결합하여 GNU/리눅스 커널 내부 구조와 장치 드라이버 개발의 개념을 설명합니다. 이 과정은 여러분이 빠르게 핵심 기술을 습득할 수 있도록 설계되었습니다. 이론과 현장 훈련을 조합하여 GNU/리눅스 장치 드라이버를 작성하는 데 필요한 프로세스, 개념 및 명령어를 설명합니다.

바퀴를 재발명하지 마십시오. 경험 많은 강사의 조언을 듣고, 실제 작업에 바로 활용할 수 있는 실무 지식과 능력을 배워 임베디드 개발 프로젝트에 효과적으로 적용하세요.

대상学员

소프트웨어 엔지니어, 필드 엔지니어, (프로젝트) 매니저, 하드웨어 엔지니어 등 GNU/리눅스 장치 드라이버 개발 또는 평가에 관심이 있거나 관련 업무를 맡은 사람들에게 적합합니다.

Course Outline:

소개

• GNU/리눅스의 간단한 역사
• 라이선싱
• 커널 버전 관리
• 릴리스 주기
• 커널 트리는(Kernel Trees)
• 메인라인(Mainline)
• 커널 vs. 유저스페이스
• 메커니즘 vs. 정책
• 커널 드라이버 대안
• RTOS vs. 리눅스

메모리 관리

• 가상 메모리 vs. 물리 메모리
• 커널에서의 메모리 할당
• 페이지(Page)
• 존(Zone)
• API
• 슬랩(Slab)

커널 패치

• 수명 주기
• git
• 커널 소스
• 패치 생성
• 패치 검사
• 패치 수정
• 패치 배포
• 감사가 완료된 코드(Audited Code)

커널 모듈

• 커널 소스 가져오기
• 구성/빌드/설치
• 장치 드라이버 (정적 링크, 런타임 로딩)
• 초기화/종료
• 라이선싱
• EXPORT_SYMBOL GPL
• 아웃 오브 트리는(Out of Tree) Makefile
• module-init-tools
• 커널 트리 내의 모듈
• Kconfig
• 매개변수 전달
• Sparse

캐릭터 드라이버(Char Drivers)

• 아키텍처
• 유저/커널 인터페이스
• I/O 서브시스템
• VFS
• sysfs (디바이스, 버스, 드라이버, 클래스),
• kobject/ktype/kset
• 리눅스 커널 드라이버 모델
• 장치 파일
• 캐릭터 드라이버
  • 초기화
  • 등록
  • 오픈, 리리즈
  • cdev, cdev_add, cdev_del, ...
  • 메이저/마이너 넘버
  • udev, udevmonitor, udevadm

고급 캐릭터 드라이버 작업

• ioctl
• unlocked ioctl
• compat ioctl
• 유저스페이스 API
• 커널스페이스 API
• 프로세스 수명 주기
• 대기/블로킹
• 대기/각성
• 대기 큐(Wait Queue)
• 번떼리드 허드(Thundering Herd)
• poll/select

커널 디버깅

• 디버깅
• 커널 디버깅
  • git를 이용한 이진 탐색(Binary Search)
  • 커널의 디버깅 지원 기능
  • printk, syslogd, klogd, 로그 레벨, 레이트 리미트, 디버그 레벨, 선택적 서브시스템 디버깅
  • debugfs 쿼리를 통한 디버깅
  • Oops 디버깅, Oops 발생시키기
  • 매직 SysRq 키
  • kgdb/kdb
  • JTAG

트레이싱(Tracing)

• gcov
• lcov
• oprofile
• ftrace
  • nop tracer
  • function tracer
  • sched switch tracer
  • function graph tracer
  • dynamic tracer
• trace-cmd/kernelshark
• perf
• LTTng

인터럽트(Interrupts)

• 인터럽트 vs. 폴링(Polling)
• 인터럽트
• 프로그램 섹션
• 재진입성(Reentrancy)
• 이벤트
• 인터럽트 핸들러
• 공유 인터럽트 핸들러
• 인터럽트 흐름
• 인터럽트 제어

작업 지연(Deferring Work)

• 상부/하부 절반(Top/Bottom Halves)
• softirq
• tasklet
• 작업 큐(Work Queues)
• 스레드형 인터럽트(Threaded Interrupts)

동시성(Concurrency)

• 임계 영역/섹션
• 원자성(Atomic)
• 래스 컨디션(Race Condition)
• 동기화
• 락(Locking)
• 락 솔루션
• 데드락(Deadlock)
• 컨테션(Contention)
• 무엇을 잠가야 할까?
• 무엇을 사용할 수 있을까?
  • 원자 연산(Atomic Operations)
  • 스핀 잠금(Spin Locks)
  • 리더-라이터 스핀 잠금
  • 세마포어(Semaphore)
  • 바이너리 세마포어
  • 뮤텍스(Mutex)
  • 리더-라이터 세마포어
  • 완료 변수(Completion Variables)
  • 시퀀셜 잠금(Sequential Locks)
  • 프리에뎁션(Preemption) 비활성화
  • 순서 지정 및 장벽(Ordering and Barriers)

시간(Time)

• HZ
• Jiffies
• 대/소 지연
• 커널 타이머

하드웨어 I/O

• I/O 포트
• I/O 메모리
• 레지스터에 접근할 때 부수 효과(Side Effects)를 어떻게 처리할까?

유저-커널 통신

• put(get)_user()
• copy to(from)_user()
• 커널 I/O
• 메모리 매핑
• procfs
• sysfs
• debugfs
• relayfs
• netlink
• ioctl

이식성(Portability)

• 워드 사이즈
• 불투형 타입(Opaque Types)
• 부호 있는/없는 문자
• 데이터 정렬
• 정수 승격(Integral Promotion)
• 코드 재사용
• 엔디anness
• 시스템 틱(System Tick)
• 페이지 크기
• 명령어 순서
• SMP/프리에뎁션/하이 메모리

별도로 명시되지 않는 한, 이 콘텐츠와 과정 구성표는 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 4.0 국제(CCBY-NC-SA 4.0).에 따라 라이선스되었습니다.