Devices and Modules

four kernel components related to device drivers and device management

Kernel Components

  • Device types
  • Modules
  • Kernel objects
  • Sysfs

Device Types

  • block device
    • 주소지정이가능
    • 블록단위로 운용
    • block device node라는 특별한 파일을 통해 접근
    • HDD등이 예시
  • character device
    • 주소지정이 불가능, stream으로만 데이터 접근가능
    • 키보드 마우스 등
    • character device node라는 특별한 파일을 통해 접근
  • network device
    • physical adapter와 ip같은 프로토콜을 통해 네트워크에 접근하는 기능을 제공
    • socket API라는 인터페이스를 갖고있음
  • Miscellaneous device
    • 간단한 custom driver들을 허용
  • pseudo-device
    • 물리적 device는 없지만 기능적으로 device라고 정의하고 사용하는 것들

Module

  • linux kernel은 동적으로 runtime에 코드의 삽입과 제거가 가능
  • 해당 코드들의 entry point, exit point, data, subroutine들을 묶어놓은 것은 module이라고 함
    • 모듈을 통해 커널은 최소한의 기능을 갖춘 이미지만 들고있을 수 있게 됨
/include/linux/module.h
#define module_init(x)    __initcall(x);

  • MODULE_LICENSE()

    • specify copyright license
    • non-GPL modules cannot provide GPL-only symbols

  • Building Modules

    • kbuild를 이용
    • kernel source tree에 올릴 수도 있지만, 트리 외부의 코드를 build할 수도 있음
    • kernel source tree에 올릴 경우 유지와 디버그가 편리
    Makefile에 추가
/* it's for an Example when add in kernel source tree */

obj-m += fishing/     /* add new module for compile */
obj-$(CONFIG_FiSHING_POLE) += fishing/    /* specific config option */
EXTRA_CFLAGS += -DTITANIUM_POLE        /* for additional C compile flag */

----------------------------------------------------------------------------
make modules_install    /* install module */
insmod fishing.ko        /* loading module */
modprobe fishing [module params] /* loading module - preferred mechanism */
rmmod fishing            /* remove module */

----------------------------------------------------------------------------
Managing Configuration Options

config FISHING_POLE
      tristate "Fish Master 3000 support"    /* 3-optional selector (y,n,m) */
    default n
    help
      /* in this section, write helpful statements for choosing */
    depends on FISH_TANK    
        /* FISHING_POLE can enable only after FISH_TANK is enabled */

----------------------------------------------------------------------------
static int allow_live bait = 1;      /* must declare before make module_param */
module_param(allow_live_bait, bool, 0644);
/* module_param(param name, param type, permission option) */
module_param_named(name, var, type, perm);
/* 변수이름과 모듈패러미터 이름을 다르게 할 때 이용 */

The Device Model

  • device와 그 위상의 표현을 단일 메커니즘으로 제공

  • 적절한 power management를 위해 정확한 device tree를 제공하기 위해 출발

  • kernel object

    /include/linux/kobject.h
struct kobject {
  const char          *name;        /* name of kobject */
  struct list_head     entry;        
  struct kobject     *parent;    /* parent of kobject */
  struct kset         *kset;        /* collecting related devices */
  struct kobj_type     *ktype;    /* operation func for same type */
  struct kernfs_node  *sd;        /* representation of kobj in sysfs */
  struct kref         kref;        /* reference counter */
#ifdef CONFIG_DEBUG_KOBJECT_RELEASE
  struct delayed_work release;
#endif
  unsigned int          state_initialized:1;
  unsigned int         state_in_sysfs:1;
  unsigned int         state_add_uevent_sent:1;
  unsigned int         state_remove_uevent_sent:1;
  unsigned int         uevent_suppress:1;
};
    • 일반적으로 kobject는 다른 구조체에 embedded 되어있다.
    • ktype는 비슷한 kobject들이 하는 기본적인 동작들을 type이라는 형태로 묶어 놓은 것이다. ktype에는 해당 type이 가지는 default operation function들이 포함되어있다. 
    /include/linux/kobject.h
struct kobj_type {
  void (*release)(struct kobject *kobj); /* deconstructor when kref = 0 */
  const struct sysfs_ops *sysfs_ops; /* behaviors of sysfs files on rd/wr */
  struct attribute **default_attrs; /* default attrs associated with kobj */
  const struct kobj_ns_type_operations *(*child_ns_type)(struct kobject *kobj); /* callbacks so sysfs can determine namespaces */
  const void *(*namespace)(struct kobject *kobj);
};
    • kset은 연관된 kobject들을 한 곳에 모아둔 것이다.

  • kobject, kset, subsystem의 연관관계는 다음 그림과 같다.

  • kobject의 생성은 다음과 같이 한다.

    case1. kobject_init() 사용

struct kobject *kobj;
kobj = kmalloc(sizeof(*kobj), GFP_KERNEL);
if(!kobj)
  return -ENOMEM;
/* when using kobject_init, you must make kobject zero */
memset(kobj, 0, sizeof(*kobj));
kobj->kset = my_kset;
kobject_init(kobj, my_ktype);
-----------------------------------------------------------------------------
case2. kobject_create() 사용

struct kobject *kobj;
/* kobject_create do allocating, zeroing, init */
kobj = kobject_create();
if(!kobj)
  return -ENOMEM;

sysfs

  • kobject의 계층적 구조를 보기 위해 만든 in-memory virtual file system
  • power management를 하기 위해 device model을 만들었는데, 이를 표현하는 kobject가 tree구조를 가지게되면서 부수적으로 sysfs라는 효율적인 관리체계가 생김.
  • kobject를 dentry의 멤버로 포함시켜 묶어버림. 아래 그림 참조

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