Inne i Linux-kjernen for innbygde systemer og enhetsdrivere

Prerequisites:

• Grunnleggende kjennskap til bruk av et Linux-system som sluttbruker
• Grunnleggende kjennskap til et kommandolinjeskall
• Grunnleggende kunnskap om utvikling i brukerspace / applikasjonsutvikling
• Mellomnivå kunnskap om C-programmering
• Bør ha deltatt på Arkitektur for innbygde Linux-systemer før (sterkt anbefalt!) og/eller ha god forståelse for de emnene som behandles der

Overview:

Beskrivelse

I denne femdagers treningsklassen kombineres praktiske øvelser med undervisning for å illustrere konseptene rundt Linux-kjernens indre struktur og utvikling av enhetsdrivere. Kurset er designet for å gi deg rask innsikt. Vi gjennomgår prosesser, konsepter og kommandoer som er nødvendige for å skrive Linux-enhetsdrivere, ved hjelp av en blanding av teori og hands-on trening.

Ikki oppfinne hjulet på nytt, men lær av en erfaringsfylt instruktør og gå hjem med kunnskapen og evnen til å bruke den effektivt i dine egne innbygde utviklingsprosjekter.

For hvem?

Personer med interesse for eller oppgaver knyttet til utvikling eller evaluering av Linux-enhetsdrivere, for eksempel programvareingeniører, feltteknikere, (prosjekt-)ledere og maskinvareingeniører.

Course Outline:

Introduksjon

• Rask historie om Linux
• Lisensiering
• Versjonering av kjernen
• Utgivelsessyklus
• Kjernetrær
• Hovedgren (mainline)
• Kjernemodus kontra brukerspace
• Mekanisme kontra politikk
• Alternativer for kjerekjøreprogrammer
• RTOS vs. Linux

Minnehåndtering

• Virtuell minne kontra fysisk minne
• Minneallokering i kjernen
• Sider (pages)
• Soner (zones)
• API
• Slab-allocator

Kjernelapper (Kernel Patches)

• Livssyklus
• git
• Kjerekildekode
• Lage lapp (patch)
• Sjekk lapp
• Fiks lapp
• Lever lapp
• Kodesjekk og godkjenning

Kjernelmoduler

• Hente kjerekildekode
• Konfigurere / bygge / installere
• Enhetsdrivere (statisk sammenkoblet, lastes ved kjøretid)
• init / exit
• Lisensiering
• EXPORT_SYMBOL GPL
• Makefile for moduler utenfor trestrukturen (out of tree)
• module-init-tools
• Modul i kjernens trestruktur
• Kconfig
• Parameteroverføring
• sparse (statiske analyseverktøy)

Karakterdrivere (Char Drivers)

• Arkitektur
• Bruker/kjerne-grensesnitt
• I/O-underystemet
• VFS (Virtual File System)
• sysfs (enheter, busses, drivere, klasser),
• kobject/ktype/kset
• Linux-kjernens drivermodell
• Enhetsfiler
• Karakterdriver
  • Initialisering
  • Registrering
  • open, release
  • cdev, cdev add, cdev del,…
  • Hoved-– og undertall
  • udev, udevmonitor, udevadm

Avanserte operasjoner for karakterdrivere

• ioctl
• unlocked ioctl
• compat ioctl
• Brukerspace-API
• Kjernespace-API
• Prosesslivssyklus
• Sperre/blokkere
• Sove/våkne
• Ventekø (wait queue)
• Thundering herd-problemet
• poll/select

Kjernedegging (Kernel Debugging)

• Feilsøking
• Feilsøke kjernen
  • Binærsøking med git
  • Feilsøkestøtte fra kjernen
  • printk syslogd, klogd, loggnivåer, hastighetsbegrensning, feilsøkningsnivåer, selektiv feilsøking av underystemer
  • Feilsøking ved å hente data fra debugfs
  • Oops-feilsøking, simulere Oops
  • Magic SysRq-tasten
  • kgdb/kdb
  • JTAG

Sporingsverktøy (Tracing)

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

Interrupper

• Interrupper kontra polling
• Interruppsprosessen
• Programseksjoner
• Reentrancy
• Hendelser
• Interruppsbehandler
• Delt interruppsbehandler
• Interruppsflyt
• Interruppskontroll

Utsatt arbeid (Deferring Work)

• top/bottom halves
• softirqs
• tasklets
• arbeidskøer (work queues)
• trådede interrupper

Konkurransesituasjoner (Concurrency)

• Kritisk område
• Atomiske operasjoner
• Konkurranseforhold (race condition)
• Synkronisering
• Låsing
• Låseløsninger
• Deadlock
• Contention
• Hva skal låses?
• Hva kan brukes?
  • atomiske operasjoner
  • spin locks
  • leser-skriver spin locks
  • semafork
  • binær semafork
  • mutex
  • leser-skriver semafork
  • fullføringsvariabler (completion variables)
  • sekvensielle låser
  • deaktivere preempting
  • rekkefølge og barriärer

Tid

• HZ
• Jiffies
• store/små forsinkelser
• kjernetimere

Maskinvare-I/O

• I/O-poter
• I/O-minne
• Hvordan håndtere bivirkninger ved tilgang til registre?

Kommunikasjon mellom bruker og kjerne

• put(get)_user()
• copy to(from)_user()
• Kjerne-I/O
• minnekartlegging
• procfs
• sysfs
• debugfs
• relayfs
• netlink
• ioctl

Bærekraft (Portability)

• Ordstørrelse (word size)
• Opaque typer
• signerte/usignerte char
• Datajustering (data alignment)
• Integral opprykking (integral promotion)
• Gjenbruk av kode
• Endianess
• Systemticking
• Sidestørrelse
• Instruksjonsrekkefølge
• SMP/preempting/høyt minne

Med mindre annet er oppgitt, er innholdet og dette kursoppsettet lisensiert under Creative Commons Erkjennelse-IkkeKommerSiell-DelPåLignendeVilkår 4.0 internasjonale (CC BY-NC-SA 4.0).