리눅스 커널 심층 분석 - 17장, 장치와 모듈

리눅스는 모놀리틱 커널로서 모듈 독립적이지 않고 한 개 수정하면 전체를 재 build 해야 하는 system이다.

다음은 insmod / rmmod 하는 과정이다.

pic1

insmod / rmmod는 user app인데실행시에는 ko를 user 영역에 copy를한후 kernel 영역에넣는다.

mknod: 장치 driver에 접근하기 위해서 VFS에 node 

--> /dev/SK dentry를 찾아서 inode를 만든다. 이 때는 file가 만들어지지 않았기 때문에 &def_cur_fops를 가리키고 있다. 이 때 open()을 하면, files에 비어있는 fd[3]에 객체를 만들면서 f_dentry, f_op 등을 매핑한다. 그런 후에 device reg 할 때 넣은 &SK_fops를 불러다가 open을 하게 됨!! 그 이후에는 직접 SK_open()으로 간다! 

/proc/devices에서 정보를 확인할 수 있다.

device module이란?

--> device들을 character device로 등록하자니.. 많아지니깐 관리가 힘들어짐.

--> 그래서 VFS(Virtual File System)가 만들어짐. charicter device / block device / network device를 접근할 수 있음.

--> 장치 유형은 다음과 같다.

• Blkdevs, 블록 장치 - HDD 
• Cdevs, 캐릭터 장치 - 키보드, 마우스 
• Network  devices, 네트워크 장치 - 이더넷 장치 

 

hello world device driver:

static int hello_init(void) 
{ 
pr_info("Hello world!"); 
return 0; 
} 
 
static void hello_exit(void) 
{ 
pr_info("Goodbye world!"); 
} 
 
module_init(hello_init); //시작지점 hello_init 등록 
module_exit(hello_exit); //모듈이 메모리에서 제거될 때 호출 
 
MODULE_LICENSE("GPL"); 
MODULE_AUTHOR("author"); 
MODULE_DESCRIPTION("Hello world, module"); 

모듈 만들기 - Makefile에 추가 

모듈 설치 

• 위치: /lib/module/버전/kerne/drivers/xxxx/helloworld.ko 
• # make modules_install //설치 

모듈 의존성 생성 

• # depmod -A 
• /lib/module/버전/modules.dep //모듈 의존성 정보 

모듈 적재 

• # insmod helloworld.ko //모듈을 메모리에 추가 
• # rmmod helloworld //삭제 
• # modprobe helloworld [모듈인자] //해당 모듈이 필요로 하는 다른 모듈도 설치 
• # modprobe -r helloworld //삭제 

설정 옵션 관리 - Kconfig 

모듈 인자 

• module_param(name, type, perm); //이름, 형, 권한 
• module_param_named(name, variable, type, perm); //외부 노출 이름, 내부 변수, 형, 권한 
• module_param_string(name, string, len, perm); //이름, 내부 변수(string은 문자열임), 형, 권한 
• module_param_array(name, type, nump, perm); //이름, 형, 배열에 저장할 항목 개수, 권한 
• moduel_param_array_named(name, array, type, nump, perm); 
• MODULE_PARM_DESC(): 설명 추가 
• <linux/module.h>에 위 함수에 대한 설명 있음 

노출 심볼 

• EXPORT_SYMBOL() 
• EXPORT_SYMBOL_GPL() //EXPORT_LICENSE("GPL")만  

• 장치 모델 
• <linux/kobject.h> kobjects(kernel object type) 
• <linux/kobject.h> struct kobject 
• <linux/cdev.h> struct cdev에 struct kobject가 들어가면 kobject가 제공하는 표준 함수를 쓸 수 있음. 
• Struct ktype: kobject의 기본 속성을 정의함. 소멸 동작, sysfs 동작 등 기본 동작, 쉽게는 공유 동작의 집합임. 
• Struct kset: 
• 묶여있는 kobject는 한 묶음의 기본 클래스로 동작함 
• 연관이 있는 kobject를 모아줌 
• Struct kobject * kobject_create(void); 

struct kobject *kobj;  kobj = kobject_create();  if (!kobj)  return -ENOMEM;

• • 참조 횟수 증감 
  • struct kobject *kobject_get(struct kobject *kobj); 
  • void kobject_put(struct kobject *kobj); 
  • 확인은 의 kref_get() 사용 
  • Sysfs에 추가/제거 
  • int kobject_add(struct kobject *kobj, struct kobject *parent, const char *fmt, ...); //추가 
  • void kobject_del(struct kobject *kobj); //제거 
  •  
  • /proc에 파일 만드는 법 -insmod하면 /proc에 파일을 하나 만드는거다! 
  • create_proc_entry() / remove_proc_entry() 이용하면 됨. 
  • 예제 /06.FileSystem/03.proc_my 확인할 것 
  • /sys (참고) 
  • 2.6 이전에는 /sys (systfs)가 없었음. 디바이스 모델과 함께 추가된 것이라고 생각하면 됨. 
  • /sys는 그렇지 않지만 /proc은 맘대로 만들어도 된다. 
  • /sys/class는 논리적인 장치 
  • /sys/bus에 device들이 붙어있음.
  • 덧 
  • module_init() 주소 보다 module_exit()가 낮은 주소값을 가지고 있다. 
    • 웃긴건 /proc/modules에 나오는 주소가 module_exit()와 동일한 주소를 가지고 있다. 즉 module_exit가 함수들 처음이고 이 모듈의 첫 주소랑 동일하다고 보면 된다. 
  • kernel 시작 주소는 #define TASK_SIZE 0xBF000000로 설정 가능함. 
  • application이 open()을 호출하면, 
    1. 'swi5' system call 하여 kernel mode(svc)로 변경됨. sys_open()을 호출함. 
    2. sys_open()이 inode의 file_operations의 i_rdev에서 major/minor 정보를 확인함 
    3. struct file 생성한 후 위에 로드한 file_operations를 멤버에 load함. 
    4. .open = mydrv_open()을 호출함. 
    5. 앱의 fd = open()의 open()은 mydrv_open()의 return이 아닌 sys_open()의 return 값임. 즉 file의 pointer 값임. 
  • read()를 호출하면 
    1. 바로 file_operations에 접근할 수 있음. 
  • close()를 호출하면 
    1. 'swi6' system call 하여 kernel mode(svc)로 변경 
    2. sys_close() 호출 
    3. mydrv_close() 호출 
    4. file_operations 삭제 
  • LDM에 대해서… 
    1. 목적: PnP/Power 통합관리 
    2. 내부 구조: 객체(kobj), sysfs  node 생성. 
    3. 구현 방법: (TBC) 
    4. 모든 드라이버에는 kobj를 등록해야 한다. 
    5. 윈도우의 WDM을 따라했음 
  • 장치파일/디바이스 네임/모듈 네임 
    • 장치파일: mknod 명령으로 생성, 응용프로그램이 사용 
    • 디바이스 네임: 
      • # cat /proc/devices 실행시 출력 
      • 드라이버소스에서 설정하여 커널에 등록 
    • 모듈네임: 
      • lsmod 실행시 출력 
      • 드라이버 소스 빌드시 결정 
  • /dev 폴더에 대해서.. 
  • Android는 부팅 전에는 /dev가 없다. init process 하면서 device 들을 확인하여 하나씩 넣는다. 
  • desktop은 kernel 부팅시 /dev가 만들어짐. package에서 동적으로 만들어줌.