Integridade do Kernel GNU/Linux Embarcado e Drivers de Dispositivo

Prerequisites:

• Conhecimento básico sobre o uso de um sistema GNU/Linux como usuário final
• Conhecimento básico de um shell de linha de comando
• Conhecimento básico de desenvolvimento em espaço de usuário / aplicação
• Conhecimento intermediário de programação em C
• Deve ter participado anteriormente de Arquitetura de Sistemas GNU/Linux Embarcados (fortemente recomendado!) e/ou ter um bom entendimento dos tópicos descritos nesse curso.

Overview:

Descrição

Esta aula de treinamento de 5 dias utiliza exercícios práticos combinados com instrução para ilustrar os conceitos de integridade do kernel GNU/Linux e desenvolvimento de drivers de dispositivo. Foi projetada para colocá-lo atualizado rapidamente. Descrevemos processos, conceitos e comandos necessários para escrever drivers de dispositivo GNU/Linux através de uma combinação de teoria e treinamento prático.

Não reinvente a roda, mas aprenda com um instrutor experiente e leve para casa um conhecimento funcional e a capacidade de usá-lo efetivamente em seu próprio projeto de desenvolvimento embarcado.

Quem deve participar?

Indivíduos com interesse ou responsáveis pelo desenvolvimento ou avaliação do desenvolvimento de drivers de dispositivo GNU/Linux, como engenheiros de software, engenheiros de campo, gerentes (de projeto) e engenheiros de hardware.

Course Outline:

Introdução

• breve história do GNU/Linux
• licenciamento
• versionamento do kernel
• ciclo de lançamento
• árvores do kernel
• mainline
• kernel vs. espaço de usuário
• mecanismo vs. política
• alternativas para drivers de kernel
• RTOS vs. Linux

Gerenciamento de Memória

• memória virtual vs. memória física
• alocação de memória no kernel
• páginas
• zonas
• API
• slab

Patch do Kernel

• ciclo de vida
• git
• fonte do kernel
• criar patch
• verificar patch
• corrigir patch
• distribuir patch
• código auditado

Módulos do Kernel

• obter fontes do kernel
• configurar/compilar/instalar
• drivers de dispositivo (vinculados estaticamente, carregados em tempo de execução)
• init/exit
• licenciamento
• EXPORT SYMBOL GPL
• makefile fora da árvore do kernel
• module-init-tools
• módulo na árvore do kernel
• Kconfig
• passagem de parâmetros
• sparse

Drivers Char

• arquitetura
• interface usuário/kernel
• subsistema I/O
• VFS
• sysfs (dispositivos, barramento, drivers, classes),
• kobject/ktype/kset
• modelo de driver do kernel Linux
• arquivos de dispositivo
• driver char
  • inicialização
  • registro
  • open, release
  • cdev, cdev_add, cdev_del,...
  • números major/minor
  • udev, udevmonitor, udevadm

Operações Avançadas de Driver Char

• ioctl
• ioctl unlocked
• compat ioctl
• API de espaço de usuário
• API de espaço de kernel
• ciclo de vida do processo
• sleep/bloqueio
• sleep/wake up
• wait queue
• thundering herd
• poll/select

Depuração de Kernel

• depuração
• depurando o kernel
  • busca binária com git
  • suporte de depuração do kernel
  • printk, syslogd, klogd, loglevels, rate limit, debug levels, debug selective subsystems
  • depuração através da consulta ao debugfs
  • depuração de oops, forçando oops
  • Tecla Mágica SysRq
  • kgdb/kdb
  • JTAG

Rastreamento

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

Interrupções

• interrupções vs. polling
• interrupção
• seções de programa
• reentrancy
• eventos
• manipulador de interrupção
• manipulador de interrupção compartilhada
• fluxo de interrupção
• controle de interrupção

Adiar Trabalho

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

Concorrência

• região/seção crítica
• atomic
• condição de corrida
• sincronização
• locking
• soluções de locking
• deadlock
• contention
• o que bloquear?
• o que pode ser usado?
  • operações atômicas
  • spin locks
  • reader-writer spin locks
  • semáforo
  • semáforo binário
  • mutex
  • reader-writer semaphore
  • variáveis de completamento
  • sequential locks
  • desativar preempção
  • ordem e barreiras

Tempo

• HZ
• Jiffies
• atrasos grandes/pequenos
• timers do kernel

I/O de Hardware

• I/O Ports
• I/O Memory
• Como lidar com efeitos colaterais ao acessar registradores?

Comunicação Usuário-Kernel

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

Portabilidade

• tamanho de palavra
• tipos opacos
• char assinado/não assinado
• alinhamento de dados
• promoção inteira
• reutilização de código
• endianess
• tick do sistema
• tamanho de página
• ordenação de instruções
• SMP/preempção/high memory

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