Inbyggd GNU/Linux-kärninterna funktioner och enhetsdrivrutiner

Prerequisites:

• Grundläggande bekantskap med att använda ett GNU/Linux-system som slutanvändare
• Grundläggande bekantskap med ett kommandotolk-gränssnitt
• Grundläggande kunskap om användarutrymme / applikationsutveckling
• Mellanliggande C-programmeringskunskap
• Bör ha deltagit i Inbyggd GNU/Linux-systemarkitektur tidigare (starkt rekommenderat!) och/eller ha god förståelse för de ämnen som presenteras där

Overview:

Beskrivning

Denna femdagars utbildningskurs använder praktiska övningar kombinerat med undervisning för att illustrera koncepten kring GNU/Linux-kärnans interna funktioner och utveckling av enhetsdrivrutiner. Kursen är designad för att snabbt sätta dig upptill speed. Vi beskriver processer, begrepp och kommandon som är nödvändiga för att skriva GNU/Linux-enhetsdrivrutiner genom en kombination av teori och praktikbaserad utbildning.

Behöver inte återuppfinna hjulet, men lära sig av en erfaren lärare och ta hem en fungerande kunskap och förmåga att använda det effektivt i eget inbyggd utvecklingsprojekt.

Vem ska delta?

Personer med intresse eller uppgift att utveckla eller evaluera utvecklingen av GNU/Linux-enhetsdrivrutiner som mjukvaruingenjörer, fälttekniker, (projekt)chefer, hårdvaruingenjörer.

Course Outline:

Introduktion

• snabb historia om GNU/Linux
• licensiering
• kärnversionshantering
• utgivningscykel
• kärnträd
• mainline
• kärna mot användarutrymme
• mekanism kontra policy
• alternativ för kärndrivrutin
• RTOS mot Linux

Minneshantering

• virtuellt minne mot fysiskt minne
• minnesallokering i kärna
• sidor
• zoner
• API
• slab

Kärnpatch

• livscykel
• git
• kärnarkiv
• skapa patch
• kontrollera patch
• korrigera patch
• leverera patch
• granskad kod

Kärnmoduler

• hämta kärnarkiv
• konfigurera/bygg/installera
• enhetsdrivrutiner (statiskt länkade, laddade vid körning)
• init/exit
• licensiering
• EXPORT SYMBOL GPL
• out-of-tree makefil
• module-init-tools
• modul i kärnträd
• Kconfig
• parameteröverföring
• sparse

Char-drivrutiner

• arkitektur
• användar/kärnagränssnitt
• I/O-subsystem
• VFS
• sysfs (enheter, bussar, drivrutiner, klasser),
• kobject/ktype/kset
• linux-kärnans drivrutinsmodell
• enhetsfiler
• char-drivrutin
  • initiering
  • registrering
  • öppna, stäng
  • cdev, cdev add, cdev del,...
  • huvud/under-nummer
  • udev, udevmonitor, udevadm

Avancerade char-drivrutinsoperationer

• ioctl
• unlocked ioctl
• compat ioctl
• användarutrymmes-API
• kärnutrymmes-API
• processlivscykel
• sova/blockera
• sova/vakna
• väntekö
• thundering herd
• poll/select

Kärnfelsökning

• felsökning
• felsöka kärnan
  • binär sökning med git
  • felsökningsstöd från kärna
  • printk syslogd, klogd, loggningsnivåer, hastighetsbegränsning, felsökningsnivåer, valfri felsökning av delsystem
  • felsökning genom att fråga debugfs
  • oops-felsökning, påstå oops
  • Magic SysRq-nyckel
  • kgdb/kdb
  • JTAG

Spårning

• gcov
• lcov
• oprofile
• ftrace
  • nop-spårare
  • funktionsspårare
  • schemalägningsväxlingsspårare
  • funktionsgraf-spårare
  • dynamisk spårare
• trace-cmd/kernelshark
• perf
• LTTng

Avbrott

• avbrott kontra polling
• avbrott
• programsektioner
• reentrancy
• händelser
• avbrottsbehandlare
• delad avbrottsbehandlare
• avbrottsflöde
• avbrottskontroll

Uppsättning av arbete

• top/bottom-halvor
• softirqs
• tasklets
• arbetsköer
• trådad avbrott

Samtidig exekvering

• kritiskt område/sektion
• atomärt
• racetillstånd
• synkronisering
• låsning
• låsningslösningar
• dödslås
• konkurrens
• vad ska låsas?
• vad kan användas?
  • atomära operationer
  • spin-lås
  • läsare-skrivare spin-lås
  • semafor
  • binär semafor
  • mutex
  • läsare-skrivare semafor
  • fullföljandevärdet
  • sekventiella lås
  • inaktivera preemption
  • ordning och barriärer

Tid

• HZ
• Jiffies
• stora/små förseningar
• kärntimrar

Hårdvara I/O

• I/O-portar
• I/O-minne
• Hur hantera sidoeffekter vid åtkomst till register?

Användar-Kärn-kommunikation

• put(get)_user()
• kopiera till(från)_user()
• Kärn-I/O
• minnesspanning
• procfs
• sysfs
• debugfs
• relayfs
• netlink
• ioctl

Portabilitet

• ordstorlek
• opak typer
• signerade/osignerade char
• datajustering
• integralpromotion
• kodåteranvändning
• endianess
• systemtick
• sidstorlek
• instruktionordning
• SMP/preemption/högt minne

Med undantag för vad som annars anges är innehållet och denna kursplan licensierade under Namngivning-IckeKommersiell-DelaLika 4.0 Internationell (CC BY-NC-SA 4.0).