이 문서는 유영창님의 리눅스 디바이스 드라이버란 책을 토대로 제가 공부한 결과를 정리한 문서입니다. 책의 요약보다는 각 장별 제가 배우고 느낀점을 정리하는 데 초점을 둘 것입니다.
- 커널 소스의 구조
- Documentation/
- arch/ : 아키텍처와 밀접한 소스들 위치
- include/asm : 심볼릭 링크, 아키텍처 특성에 맞는
- include/linux : 표준 리눅스 커널과 관련된 헤더파일
- 커널 소스 탐색방법
- http/lxr.linux.no 커널 소스를 웹브라우저로 보여준다
- grep사용
- 사용법: grep 옵션 ... 패턴 파일 ...
- greb readb * -r : 하부 디렉토리를 모두 담색하여 readb라는 문자열 검색
- greb readb * -r | greb include : readb 검색결과에서 include가 포함된 것들만.
- 위와 같이 greb을 여러개 겹쳐쓰면 유용
- 커널에 자원 처리 요청 - 시스템 호출(시스템콜, 소프트웨어 인터럽트), 디바이스 드라이버(파일 입출력 개념)
- 모귤과 디바이스 파일
- 모듈 : 다아비스 드라이버를 커널 소스에서 분리시킨 것?
- 디바이스 파일 : 시스템에 있는 모든 자원을 파일 형식으로 표현
- /dev/에 위치
- 시스템 또는 하드웨어 정보를 제공
- 디바이스 타입 : 문자 or 블록
- 주 번호(Major) : 응용 프로그램과 디바이스 드라이버 사이의 연결 고리
- 부 번호(Minor) : 실질적인 디바이스 <<== 주 번호와 부 번호의 차이가 무엇인가?
- 디바이스 드라이버의 종류
- 문자 : 임의의 길이를 갖는 문자열, 응용 프로그램에서, 버퍼없는
- 블럭 : 일정 크기의 버퍼를 통해 데이터를 처리, 커널 내부의 파일 시스템에서 관리
- 네트워크 : 네트워크 층과 연결된 디바이스 드라이버
- 통합형 디바이스 드라이버(커널 2.6부터)
- device : 실제 존재하는 하드웨어
- driver : 디바이스를 제어하는 소프트웨어
- bus : 하드웨어가 연결된 버스를 의미 <<==버스도 디바이스 라고 할 수 있나?
- class : 하드웨어의 종류
- interface : 논리적인 인터페이스
- Kconfig <-- 집중 탐구 필요
- 이 설정파일 안에 디바이스가 설정되어 있으면 커널의 컴파일 옵션에 해당 디바이스가 나타나게 된다???
2.2.2.1. 디바이스 파일과 파일 입출력 함수 ¶
- mknod 디바이스 파일명 디바이스 파일형 주 번호 부 번호
- 디바이스 파일에는 fopen과 같은 스트림 파일 입출력 함수를 사용하면 안된다.
- mknod
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int mknod(const char* pathname, mode_t mode, dev_t dev);
- S_IFCHR(문자), S_IFBLK(블록)
- S_IRWXU : 사용자에 읽기, 쓰기
- S_IRWXG : 그룹에 읽기, 쓰기
- dev : 주번호와 부번호 지정 --> (240<<8) | 1
- perror() : 실패 이유에 대한 error 번호를 해석하여 문자열로 표현
/*
* Test /dev/port device file.
* Output data to print port that is located 0x378
* It connected 8-LED.
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char **argv)
{
int fd; // File Descripter
int lp; // Loop Counter
unsigned char buff[1]; // Buffer for write
fd = open("/dev/port", O_RDWR); // open /dev/port in read & write mode
if(fd < 0) // open error, fd must be unsigned.
{
perror("/dev/port open error");
}
while(1) // Infinite loop. It must be terminated manually.
{
for(lp = 0; lp < 8; lp++) // loop 8th times.
{
lseek(fd, 0x378, SEEK_SET); // Define file pointer is 0x378 that is parallel port.
buff[0] = (0x01 << lp); // shift lp times. LED will be shifted.
write(fd, buff, 1); // Out to print port.
sleep(1); // delay some time. Maybe 1 second?
}
}
close(fd);
return 0;
}
/*
* test ioctl() by using /dev/lp0.
* /dev/lp0 can control printer port. It is used to check printer status.
* 13 Pin -> LP_PSELECD
* 12 Pin -> LP_POUTPA
* 10 Pin -> LP_PACK
* If button is pushed, they are connected to ground.
* So logic value is change to zero.
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/lp.h>
int main(int argc, char **argv)
{
int fd; // file descripter.
int prnstate; // save state of print port.
int lp; // loop counter.
fd = open("/dev/lp0", O_RDWR | O_NDELAY); // open read & write & no_delay.
if(fd < 0)
{
perror("open error");
exit(1);
}
while(1)
{
ioctl(fd, LPGETSTATUS, &prnstate); // load print status to prnstate.
/* To get status of printer,
* We define parameter of ioctl() is LPGETSTATUS. */
if((prnstate & LP_PSELECD) == 0) // LP_PSELECD is 13 Pin. It is connected GND.
printf("LP_PSELECK\n");
else if((prnstate & LP_POUTPA) == 0)
printf("LP_POUTPA\n");
else if((prnstate & LP_PACK) == 0)
printf("LP_PACK\n");
else
printf("ON\n");
usleep(50000);
}
close(fd);
return 0;
}
- 어떤 기능을 구현하는 커널 부분을 의미하며 ELF 형식의 객체 파일
- Hello world프로그램 문제 발생.. 책에서는 커널 버전이 2.6.4인데 비해 지금 사용중인 커널은 2.6.14.7이라 버전이 틀려서 인가 했지만 결국. 오타로 밝혀짐.
- Makefile에서 ogj-m := test.c라고 해놨었음.. --;;;
- 모듈 동적 링크 개념
- 심볼 테이블에 외부 참조가 가능한 함수의 심볼과 주소가 등록되어있음.
- 모듈이 커널에 적재될때 커널내의 심볼 테이블을 참조하고 주소를 얻는다.
- 모듈에 외부 참조된 심볼 선언은 객체와 테이블을 이용해 관리 <== 무슨 말
- 모듈의 외부 참조가 선언된 심볼들을 커널 내의 심볼 테이블에 등록
- 모듈 코드에서 선언되지 않았던 주소를 모두 선언하면 커널에 등록된다.
- 커널에서 사용하는 심볼 테이블은 cat /proc/ksyms
- 모듈 유틸리티
- insmod
- rmmod
- lsmod
- depmod
- modprobe
- 모듈적재 과정 -- 이해가 안감. 제거 과정도 마찬가지'''''
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
module_init(hello_init); // 사용자가 임의로 지정할 수 있다.
module_exit(hello_exit);
- 디바이스 드라이버와 같은 초기값 중에서 외부에서 변경할 수 있는 것을 모듈 매개변수
- 설정값을 그때 그때 다르게 해 줄때 사용할까나..
#define <linux/moduelparam.h>
static int onevalue = 1;
static char *twostring = NULL;
module_param(onevalue, int, 0);
module_param(twosrting, charp, 0);
- module_param(변수명, 변수 타입, 접근 속성)
- printk(로그레벨, "메지시");
- 디폴트는 4
- 커널 메시지는 바로 콘솔로 출력되지 않고 원형 큐형태로 로그버퍼에 저장된다.
- dmesg를 사용하면 커널 메시지를 볼 수 있다.
- cat /proc/kmsg 는 메시지 바로바로 출력가능하게.
2.3. 2006-03-25 ¶
- FA Linux 시미나 참석했었습니다. 음... 제가 초보라 세미나 내용이 잘 이해는 되지 않았지만.. 그래도 참 신기한 경험이었네요. 유영창님 역시 제 생각대로 굉장힌 포스를 풍기시던데요..
2.4. 2006-04-06 ¶
- 에휴~ 이렇게 날짜가 뚝뚝 떨어지는걸 보니 제가 생각해도 참 한심하네요.. 빨리 열심히 해야 하는데.
- 전역 & 지역 변수 : 가급적 지역변수를 사용하고 디바이스 드라이버가 커널에 적재되고 해제되는 시점까지 유지할려면 전역변수로 지정
- static 키워드를 사용하자 : 해당 소스에서만 참조
- int 문제 : cpu 마다 다르니 확인, 커널에서 제공되는 것 사용?
- 구조체는 packed를 사용 실제 크기로 선언
- include/linux/byteorder, #include <asm/byteorder.h>
- volatile
- 하드웨어 셋팅시 컴파일러가 자동으로 최적화를 하게 하면 안된다
- 반드시 메모리에 접근하여 처리하여야.
- 예제작성 해볼것
- kmalloc(), kfree()
- vmalloc(), vfree()
- __get_free_pages(), free_pages()
- 사전에 예측되는 최소한의 메모리를 미리 할당하고, 관리하는 방식?
- 절대 할당이 실패하지 않음.
- 응용 프로그램이 하드웨어를 제어하기 위해서는 저수준 파일 입출력 함수를 사용 디바이스 파일에 접근하면 그에 해당되는 디바이스 드라이버에 제어 함수들이 호출이 되어서 하드웨어를 다루게 된다.
- 문자, 블록, 네트워크
- 문자 디바이스 드라이버는 저수준 파일 입출력에 대응하는 하드웨어를 다루는 커널 함수의 집합
2.4.2.2. struct file_operations ¶
- 파일 입출력 함수에 해당하는 함수들을 등록시키는 구조체
- 디바이스 드라이버에 모듈 초기화 시점, 디바이스를 여는 시점, 모듈 제거 시점, 디바이스를 닫는 시점
- insmod 명령 : module_init - 모듈 적재 과정
- open()함수 : file_operations.open - 디바이스 파일을 여는 과정
- close()함수 : file_operations.release - 디바이스 파일을 닫는 과정
- rmmod 명령 : module_exit - 모듈 제거 과정
obj-m := test.o
KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
default:
$(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS=$(PWD) modules
test:
echo $(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS=$(PWD) modules
- 위의 Makefile은 기본적인 Makefile과는 달리 source, object, compiler등의 설정이 없다. 과연 이건 어떻게 동작을 하는 것일까?
- uname -r : 현재 커널 버전이 추력된다.
- /lib/modules/$(shell uname -r)/build : kernel source가 있다. 각 버전대의 kernel 소스에 대한 심볼릭 링크이다.
- $(MAKE) : 그냥 make
- -C : man make로 확인결과 작업디렉토리를 바꾸는 옵션이다. 즉 -C /path 하면 해당 path에 있는 Makefile을 실행시키는데 여기서는 커널 소스를 작업디렉토리로 설정한다. SUBDIRS은 현재 컴파일할 소스가 있는 디렉토리를 커널소스에 있는 Makefile에 넘겨주는 역활을 한다.
- 결국 커널소스내의 Makefile을 사용해서 현재 디렉토리에 위치한 소스를 make module을 하는 것이다.
- 물론 이렇게 간단한 구조는 아닌것 같지만 일단 현재로서는 여기정도까지 파악을 하였다.
- make module시 SUBDIRS가 설정이 되어 있으면 일반 커널 컴파일시 수행되는 make modules가 아닌 현재 사용자가 작성한 소스(SUBDIRS에 위치한)만 모듈로 컴파일을 수행하는 것 같다.
- 역시 리눅스는 심오. 이런식으로 연동이 되나니 대단~~
- 과연 kmalloc()으로 메모리 할당 받으면 /proc/meminfo에 메모리 정보가 그 만큼 변할 것인가?
- meminfo에 어느 부분이 변하는 것인지 찾자!!
- 시스템 부트시 커널은 커널 루틴들이 필요로 할 만큼을 예상하여 미리 free_page_list로 초기화시켜 두고 커널 루틴이 kmalloc()을 호출하면 kmalloc()루틴은 free_page_list에서 요구한 만큼을 할당해 주는 것이다. 미리 할당해 두는 크기는 시스템의 물리메로리에 비례한다.
- /usr/src/linux/include/linux/mm.h에서 확인!
- 요구된 양을 그래도 할당하는 것이 아니라 단편화를 막기위해 N바이트를 요구하면 2^X바이트를 할당 : 1000바이트를 요구하면 1025바이트 이런식
- PAGE_SIZE*32크기씩 100개 할당해한 결과 = 총 13107200Byte, 약 13MB, 이정도의 양이 변한부분은?
| | 할당전 | 할당후 |
| Total | 256264 | 256264 |
| MemFree | 120572 | 107648 |
| Buffers | 9040 | 9072 |
| Cached | 71152 | 71208 |
| Active | 77080 | 77144 |
| Inactive | 41608 | 41636 |
| LowFree | 120572 | 107648 |
| Dirty | 108 | 180 |
| Slab | 12920 | 25720 |
- 위의 결과를 보면 MemFree, LowFree,Slab등이 13MB씩 변한 것을 볼수 있다. 각각의 의미를 더 정확하게 파악할 필요가 있을 것 같다.
- '''''추가조사 필요
- volatile을 했을 때랑 안 했을 때랑 어셈블리 코드의 변화 확인!
2.4.4.4. read(), write(), llseek() 구현 ¶
- 실제로 동작하는 것 처럼 보이는 예제 코드 작성해보기..
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