임베디드 리눅스 커널 프로그래밍(2) - 커널 데이터타입, 커널 인터페이스 함수

커널 Data Type

커널에서는 C언어의 원래 자료형 대신에 typedef로 정의된 자료형이 많이 사용된다.

커널에서 여러 종류의 값을 나타나는 데에 int나 long 등을 사용하는 대신 접미사 _t로 끝나는 자료형을 많이 사용한다.

• pid_t, uid_t, gid_t, dev_t, size_t, ...
• <linux/types.h>에 정의되어 있음

데이터의 크기를 명시적으로 표현한 자료형도 사용한다.

• u8, u16, u32, s8, s16, s32 (커널 코드에서만 사용 가능)
  u -> unsigned / s -> signed
• 사용자 프로그램에서는 __u8, __s8과 같이 _를 두 개 붙여서 사용함
• <asm/types.h>에 정의되어 있음

 

Kernel Interface 함수

커널 프로그램은 일반적인 라이브러리를 사용하지 못하고 커널에서 export한 함수들만 사용이 가능하다.

커널 인터페이스 함수의 분류는 아래와 같다.

• I/O port, I/O memory
• Interrupt
• Memory
• Synchoronization
• Kernel Message 출력
• Device Driver register

 

Kernel Interface 함수 - port I/O

1. I/O에 대한 가상주소 맵핑 

void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size);	//physical주소를 가상주소로 맵핑
void *ioremap_nocache(unsigned long phys_addr, unsigned long size);//캐시에 복제하지 말란 뜻
void iounmap(void * addr); //맵핑한거 해제

2. I/O memory 읽기

unsigned int ioread8(void *addr); //8비트 읽기
unsigned int ioread16(void *addr); //16비트 읽기
unsigned int ioread32(void *addr); //32비트 읽기

3. I/O memory 쓰기

void iowrite8(u8 value, void *addr); //8비트 쓰기
void iowrite16(u16 value, void *addr); //16비트 쓰기
void iowrite32(u32 value, void *addr); //32비트 쓰기

4. I/O port 입출력 (x86)

unsigned inb(unsigned port);
void outb(unsigned char byte, unsigned port);

 

Kernel Interface 함수 - Interrupt

1. 인터럽트 비활성화/활성화 (macro)

local_irq_disable();
local_irq_enable();

2. 인터럽트 비활성화/활성화 시 status register 저장/복원 (macro)

unsigned long flags;

local_irq_save(flags);
local_irq_restore(flags);

3. 인터럽트 핸들러 등록/해제

//등록
int request_irq(unsigned int irq,
	irqreturn_t (*handler)(int, void *, struct pt_regs *),
	unsigned long irqflags,
	const char *devname,
	void* device);

//해제
void free_irq(unsigned int irq, void *devid);

 

Kernel Interface 함수 - Memory

1. 커널 물리적 메모리 동적 할당/해제

void *kmalloc(size_t size, int flags); //할당
void kfree(void *obj); //해제

• 커널 메모리 할당 : 최대 크기 제한 있음. (초기 128KB, 현재 증가함)
• 물리적 주소 공간에서 연속적인 메모리를 할당한다.
• flags : GFP_USER(사용자 프로그램용 메모리 할당), GFP_KERNEL(커널용 메모리 할당, sleep가능), GFP_ATOMIC(인터럽트 핸들러 등에서 사용, sleep불가) 등

2. 커널 가상 메모리 동적 할당/해제

void *vmalloc(unsigned int len)

• 커널 메모리 할당, 크기 제한 없음
• 가상 주소 공간에서 연속적인 메모리 영역을 할당

void vmfree(void *addr)

• vmalloc()에서 할당받은 커널 메모리를 반납

 

Kernel Interface 함수 - 데이터 복사

1. 사용자 공간과 커널 공간 사이에 데이터 복사

unsigned long copy_from_user(void *to, const void *from, unsigned long n);
unsigned long copy_to_user(void *to, const void *from, unsigned long n);
put_user(data, ptr);
get_user(ptr) (macro);

• ptr이 가리키는 사용자 공간에 data를 전달(put)하거나 가져옴(get)
• ptr의 타입에 따라서 복사할 데이터 크기를 인식함.
• 커널 공간에서 사용자 공간의 메모리를 읽고 쓰는데 접근할 수 있는지를 검사하는 동작을 포함

2. 메모리 값 설정

void *memset(void *s, char c, size_t count); //메모리에 s에 c를 count만큼 복사

 

Kernel Interface 함수 - Synchronization

동기화 관련 함수들

void sleep_on(struct wait_queue **q); // deprecate
void sleep_in_interruptible(struct wait_queue **q); // deprecate
//q의 번지를 event로 sleep하며, uninterruptible/interruptible

wait_event(queue, condition);//(macro)
wait_event_interruptible(queue, condition);
/*condition이 1일 때까지 wait, queue번지를 event로 하여 sleep하며
uninterruptible/interruptible*/

void wake_up(struct wait_queue **q);
void wake_up_interruptible(struct wait_queue **q);
//sleep_on, wait_event에 의해 sleep한 task를 깨움

 

Kernel Interface 함수 - 메시지 출력

표준 출력으로는 printk 함수를 사용한다.

printk(const char *fmt, ...);
printk(LOG_LEVEL message);

//예시
printk("<1>Hello, World!");
printk(KERN_WARNING "warning...\n"); //<4>

LOG_LEVEL은 <linux/kernel.h>를 참조하자.
=> KERN_EMERG, KERN_ALERT, KERN_ERR, KERN_WARNING, KER_INFO, KERN_DEBUG

 

Kernel Interface 함수 - device driver 관련

디바이스 드라이버 관련해서는 상당히 중요한데, 등록/해체하는 함수들은 아래와 같다.

1. 등록

int register_xxxdev(unsigned int major, const char *name, struct file_operations *fops);

• character / block driver를 xxxdev[major]에 등록한다.
• xxx : chr 또는 blk

2. 해제

int unregister_xxxdev(unsigned int major, const char *name);

• xxxdev[major]에 등록되어 있는 디바이스 드라이버를 제거한다.

3. 네트워크 디바이스 드라이버의 경우 등록/해제

int register_netdev(struct net_device *dev);
int unregister_netdev(struct net_device *dev);

4. 장치번호 dev로부터 major/minor 번호 구하는 함수

MAJOR(kdev_t dev); 
MINOR(kdev_t dev);

 

Kernel Interface 함수 - signal 함수

디바이스 드라이버에서 사용자 프로그램에 signal을 보내는 함수.

//예시
int kill_proc(pid_t pid, int signum, int priv);

pid (process id)

• current : 현재 프로세스 task_struct에 대한 ptr(macro)
• current -> pid : 현재 프로세스의 pid
• cureent -> ppid : 현재 프로세스의 부모 프로세스의 pid

사용자 프로그램에서 signal handler 등록하는 함수

void (*signal(int signum, void(*handler)(int)) (int);