Inwendige werking van de GNU/Linux-kernel en apparaatstuurprogramma's

Prerequisites:

• Basiskennis van het gebruik van een GNU/Linux-systeem als eindgebruiker
• Basiskennis van een opdrachtregelshell
• Basiskennis van user space-/applicatieontwikkeling
• Midlevel C-programmeervaardigheden
• U moet eerder Embedded GNU/Linux-systeemarchitectuur hebben gevolgd (sterk aanbevolen!) en/of een goed begrip hebben van de daar besproken onderwerpen

Overview:

Omschrijving

In deze vijfdaagse training worden praktische oefeningen gecombineerd met instructie om de concepten van de inwendige werking van de GNU/Linux-kernel en de ontwikkeling van apparaatstuurprogramma's te illustreren. De cursus is ontworpen om u snel op de juiste hoogte te brengen. We beschrijven processen, concepten en commando's die nodig zijn om GNU/Linux-apparaatstuurprogramma's te schrijven, aan de hand van een combinatie van theorie en praktijkopleiding.

Hoef het wiel niet opnieuw uit te vinden; leer van een ervaren trainer en neem een werkende kennis en het vermogen om deze effectief in te zetten in uw eigen embedded ontwikkelproject mee naar huis.

Wie zou moeten deelnemen?

Mensen met interesse in of de taak van het ontwikkelen of evalueren van het ontwikkelen van GNU/Linux-apparaatstuurprogramma's, zoals software-ingenieurs, veldtechnici, (project)managers, hardware-ingenieurs.

Course Outline:

Inleiding

• korte geschiedenis van GNU/Linux
• licenties
• kernelversies
• releasecyclus
• kernel-branches
• mainline
• kernel vs. user space
• mechanisme versus beleid
• alternatieven voor kernel-stuurprogramma's
• RTOS vs. Linux

Geheugenbeheer

• virtueel geheugen vs. fysiek geheugen
• geheugentoewijzing in de kernel
• pagina's
• zones
• API
• slab

Kernelpatch

• levenscyclus
• git
• broncode van de kernel
• patch maken
• patch controleren
• patch repareren
• patch distribueren
• gecontroleerde code

Kernelmodules

• kernelbroncode verkrijgen
• configureren/bouwen/installeren
• apparaatstuurprogramma's (statisch gekoppeld, geladen tijdens runtime)
• init/exit
• licenties
• EXPORT_SYMBOL GPL
• makefile buiten de boom
• module-init-tools
• module in de kernelboom
• Kconfig
• parameters doorgeven
• sparse

Char-stuurprogramma's

• architectuur
• user/kernel-interface
• I/O-subssyteem
• VFS
• sysfs (apparaten, bus, stuurprogramma's, klassen),
• kobject/ktype/kset
• linux kernel driver model
• apparaatbestanden
• char-stuurprogramma
  • initialisatie
  • registratie
  • open, release
  • cdev, cdev add, cdev del,...
  • major/minor nummers
  • udev, udevmonitor, udevadm

Geavanceerde bewerkingen voor Char-stuurprogramma's

• ioctl
• unlocked ioctl
• compat ioctl
• user space API
• kernel space API
• proceslevenscyclus
• slapen/blokken
• slapen/wakker worden
• wachtrij (wait queue)
• 'thundering herd'-probleem
• poll/select

Kernelfoutopsporing

• foutopsporing
• de kernel foutsuchen
  • binaire zoekopdracht met git
  • debugondersteuning vanuit de kernel
  • printk syslogd, klogd, logniveaus, rate limit, debugniveaus, debug selectieve subsystemen
  • foutopsporing door debugfs te bevragen
  • oops-foutopsporing, oops afdwingen
  • Magic SysRq-sleutel
  • kgdb/kdb
  • JTAG

Tracen

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

Interrupts

• interrupts versus polling
• interrupt
• programmacode-secties
• herhaalintrijkheid
• gebeurtenissen
• interrupt-handler
• gedeelde interrupt-handler
• interrupt-flow
• interrupt-beheer

Uitgestelde taken

• top/bottom halves
• softirqs
• tasklets
• work queues
• threaded interrupts

Parallelle verwerking (Concurrency)

• kritieke regio/sectie
• atomair
• race condition
• synchronisatie
• locken
• oplossingen voor locken
• deadlock
• contention
• wat te locken?
• wat kan worden gebruikt?
  • atomaire bewerkingen
  • spinlocks
  • reader-writer spinlocks
  • semaphore
  • binary semaphore
  • mutex
  • reader-writer semaphore
  • completion variables
  • sequential locks
  • preemptie uitschakelen
  • volgorde en barriers

Tijd

• HZ
• Jiffies
• lange/korte vertragingen
• kerntimers

Hardware I/O

• I/O-poorten
• I/O-geheugen
• Hoe omgaan met neveneffecten bij het toegang tot registers?

User-Kernel communicatie

• put(get)_user()
• copy to(from)_user()
• Kernel I/O
• geheugenmapping
• procfs
• sysfs
• debugfs
• relayfs
• netlink
• ioctl

draagbaarheid

• woordgrootte
• opaque types
• signed/unsigned char
• datauitlijning
• integral promotion
• codehergebruik
• endianess
• systeemtick
• paginagrootte
• instructievolgorde
• SMP/preemptie/high memory

Tenzij anders vermeld zijn de inhoud en deze cursusoutline gelicentieerd onder Naamsvermelding-NietCommercieel-GelijkDelen 4.0 Internationaal (CC BY-NC-SA 4.0).