Wewnętrzne mechanizmy jądra GNU/Linux i sterowniki urządzeń

Prerequisites:

• Podstawowa znajomość korzystania z systemu GNU/Linux jako użytkownik końcowy
• Podstawowa znajomość pracy w powłoce wiersza poleceń
• Podstawowa wiedza na temat programowania w przestrzeni użytkownika / rozwoju aplikacji
• Średniozaawansowana znajomość programowania w języku C
• Zaleca się wcześniejsze uczestnictwo w kursie Architektura systemów GNU/Linux w systemach wbudowanych (mocno zalecane!) i/lub dobre zrozumienie tematów tam omówionych

Overview:

Opis

Ten 5-dniowy kurs szkoleniowy łączy ćwiczenia praktyczne z wykładami, aby zilustrować koncepcje związane z wewnętrznymi mechanizmami jądra GNU/Linux oraz rozwojem sterowników urządzeń. Został zaprojektowany, aby szybko wprowadzić Cię w tematykę. Opisujemy procesy, koncepcje i polecenia niezbędne do pisania sterowników urządzeń GNU/Linux poprzez połączenie teorii i szkolenia praktycznego.

Nie wymyślaj koła na nowo, lecz ucz się od doświadczonego trenera i zdobądź praktyczną wiedzę oraz umiejętność efektywnego jej wykorzystania w swoim własnym projekcie rozwoju systemów wbudowanych.

Dla kogo jest ten kurs?

Osoby zainteresowane lub odpowiedzialne za rozwój lub ocenę sterowników urządzeń GNU/Linux, takie jak inżynierowie oprogramowania, inżynierowie terenowi, menedżerowie (projektów), inżynierowie sprzętu.

Course Outline:

Wprowadzenie

• krótka historia GNU/Linux
• licencjonowanie
• wersjonowanie jądra
• cykl wydań
• drzewa jądra
• główna linia
• jądro vs. przestrzeń użytkownika
• mechanizm vs. polityka
• alternatywy dla sterowników jądra
• RTOS vs. Linux

Zarządzanie pamięcią

• Pamięć wirtualna vs. pamięć fizyczna
• alokacja pamięci w jądrze
• strony
• strefy
• API
• slab

Łatki jądra

• cykl życia
• git
• źródła jądra
• tworzenie łatki
• sprawdzanie łatki
• naprawa łatki
• wysyłanie łatki
• audytowany kod

Moduły jądra

• pobieranie źródeł jądra
• konfiguracja/kompilacja/instalacja
• sterowniki urządzeń (statycznie linkowane, ładowane w czasie wykonywania)
• init/exit
• licencjonowanie
• EXPORT SYMBOL GPL
• makefile poza drzewem
• module-init-tools
• moduł w drzewie jądra
• Kconfig
• przekazywanie parametrów
• sparse

Sterowniki znakowe

• architektura
• interfejs użytkownik/jądro
• podsystem I/O
• VFS
• sysfs (urządzenia, magistrala, sterowniki, klasy),
• kobject/ktype/kset
• model sterowników jądra Linux
• pliki urządzeń
• sterownik znakowy
  • inicjalizacja
  • rejestracja
  • otwarcie, zamknięcie
  • cdev, cdev add, cdev del,...
  • numery major/minor
  • udev, udevmonitor, udevadm

Zaawansowane operacje na sterownikach znakowych

• ioctl
• unlocked ioctl
• compat ioctl
• interfejs użytkownika
• interfejs jądra
• cykl życia procesu
• uśpienie/blokowanie
• uśpienie/budzenie
• kolejka oczekiwania
• efekt stada
• poll/select

Debugowanie jądra

• debugowanie
• debugowanie jądra
  • wyszukiwanie binarne z git
  • wsparcie debugowania w jądrze
  • printk syslogd, klogd, poziomy logowania, limit szybkości, poziomy debugowania, selektywne podsystemy debugowania
  • debugowanie poprzez zapytania do debugfs
  • debugowanie oops, zgłaszanie oops
  • Magic SysRq Key
  • kgdb/kdb
  • JTAG

Śledzenie

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

Przerwania

• przerwania vs. polling
• przerwanie
• sekcje programu
• powtarzalność
• zdarzenia
• obsługa przerwań
• wspólna obsługa przerwań
• przepływ przerwań
• kontrola przerwań

Odraczanie pracy

• górne/dolne połowy
• softirqs
• tasklety
• kolejki zadań
• przerwania wątkowe

Współbieżność

• sekcja krytyczna
• atomowość
• warunek wyścigu
• synchronizacja
• blokowanie
• rozwiązania blokujące
• zakleszczenie
• rywalizacja
• co blokować?
• co można użyć?
  • operacje atomowe
  • spin locks
  • czytelnik-pisarz spin locks
  • semafor
  • semafor binarny
  • mutex
  • czytelnik-pisarz semafor
  • zmienne ukończenia
  • sekwencyjne blokady
  • wyłączenie wywłaszczenia
  • kolejność i bariery

Czas

• HZ
• Jiffies
• duże/małe opóźnienia
• timery jądra

Wejście/Wyjście sprzętowe

• Porty I/O
• Pamięć I/O
• Jak radzić sobie z efektami ubocznymi dostępu do rejestrów?

Komunikacja użytkownik-jądro

• put(get)_user()
• copy to(from)_user()
• Wejście/Wyjście jądra
• mapowanie pamięci
• procfs
• sysfs
• debugfs
• relayfs
• netlink
• ioctl

Przenośność

• rozmiar słowa
• typy nieprzezroczyste
• znakowe ze znakiem/bez znaku
• wyrównanie danych
• promocja całkowita
• ponowne wykorzystanie kodu
• kolejność bajtów
• zegar systemowy
• rozmiar strony
• kolejność instrukcji
• SMP/wywłaszczenie/wysoka pamięć

O ile nie zaznaczono inaczej, treść i ten program kursu są objęte licencją Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowe (CC BY-NC-SA 4.0).