임베디드 리눅스 커널 프로그래밍(1) - application 프로그래밍과 커널프로그래밍의 차이점, 커널프로그래밍 시 주의사항

Kernel Programming 이란?

커널 모드에서 수행하는 프로그램을 작성하는 것을 말한다. 커널 프로그래밍의 종류는 아래와 같다.

• Linux Kernel core 기능 추가
• Linux Kernel 알고리즘 개선
• Linux Kernel 모듈 프로그래밍 - 커널 컴파일 필요 없음

(나는 주로 세번째인 모듈 프로그래밍을 했다. 나머지는 차차 포스팅 할 예정)

 

Kernel Programming vs Application Programming

수행 방법에서의 차이

• Application program : 처음부터 순차적으로 수행함
• Kernel : 응용 프로그램이 호출한 system call이나 interrupt handler를 수행하기 위해 비동기적으로 수행함

라이브러리

• Application program : 모든 라이브러리를 link하고 사용할 수 있다.
• Kernel : kernel에서 export하는 것들만 사용할 수 있다. (아래와 같은 명령어 삽입함)

EXPORT_SYMBOL(func_name)

커널모드와 사용자모드

• Application program : user mode에서 수행되며 하드웨어에 직접 접근하는 것과 메모리에 대한 허용되지 않은 접근이 제한된다.
• Kernel : kernel mode에서 수행되며 모든 것이 허용된다.

주소 공간(Address Space)

Application Program과 Kernel Program은 서로 다른 메모리 주소 공간을 가지고 있다. 32비트 가상 주소 공간에서의 예시는 아래와 같다.

주소 공간 차이

Namespace Pollution 문제

• Application Program : 현재 개발하는 프로그램에서만 각 함수와 변수의 이름을 구별해주면 된다.
• Kernel Program : 리눅스 커널 = 커널 core + 다수의 커널 모듈. 현재 개발하는 커널 모듈 뿐만아니라 커널 전체에서 함수와 변수의 이름이 충돌하지 않도록 해야한다.

 

Kernel Programming 주의 사항

라이브러리

• stdio.h와 같이 보통 프로그램에서 사용하는 헤더 파일을 include 해서 사용할 수 없다.
• 다음에 선언된 헤더파일만 include 한다. (아래)

/usr/include/linux 와 /usr/include/asm

(예)
#include <linux/***.h>
#include <asm/***.h>

Namespace pollution

• 외부 파일과 link하지 않을 모든 심볼을 static으로 선언함.
• 외부 파일과 link할 symbol을 symbol table에 등록함.
  

  EXPORT_SYMBOL(name); //심볼 name을 export함

• 전역 변수는 잘 정의된 prefix를 붙여준다.
  (ex) sys_open()

Fault handling

• 커널은 하드웨어 접근에 대해 어떠한 제한도 없기 때문에 커널에서의 에러는 시스템에 치명적인 결과를 발생시킨다.
• 함수 호출 등의 작업시 모든 에러 코드를 검사하고 처리해야한다.

Address space

• 커널이 사용하는 스택의 크기는 제한되어있고, 인터럽트 핸들러도 같은 스택을 사용할 수도 있으므로 큰 배열을 지역변수로 사용하거나 recursion이 많이 일어나지 않도록 주의해야한다.
• Application과 data를 주고받기 위해 특별한 함수를 사용하여야 한다. -> call by reference

기타

실수 연산이나 MMX/SSE 연산(x86)을 사용할 수 없다.