디버깅을 통해 배우는 리눅스 커널의 구조와 원리. 2

라즈베리 파이로 따라하면서 쉽게 이해할 수 있는 리눅스 커널

김동현 지음

위키북스 2021년 06월 07일 출간 종이책 : 2020년 05월 12일 출간

작품소개

책소개

신입 리눅스 시스템 개발자부터 5년차 개발자가 실무를 하기 위해 알아야 할
리눅스 커널의 주요 서브시스템을 다룹니다!

실전 개발에서 신입 사원 옆에 친절한 선배 개발자가 앉아서 리눅스 커널에 대해 꼼꼼하게 알려주듯, 리눅스 커널을 쉽고 친절하게 설명하는 책입니다. 이 책은 최신 버전(LTS: 4.19)의 리눅스 커널 소스를 함수 흐름을 따라가며 자세히 분석하고 ftrace와 TRACE32 같은 디버깅 툴을 활용해 커널의 동작 원리를 설명합니다. 또한 라즈베리 파이에서 리눅스 커널의 소스코드를 직접 수정해 설치한 다음 커널을 디버깅하는 방법을 다룹니다. 각 장에서 소개하는 커널 디버깅 방법은 실무 개발에 그대로 적용할 수 있습니다.

▣ [1부] 커널 디버깅(ftrace), 프로세스, 인터럽트, 인터럽트 후반부, 워크큐 편
먼저 커널을 디버깅하는 방법과 함께 ftrace 사용법을 소개합니다. 커널을 실행하는 주인공인 프로세스와 인터럽트를 커널이 처리하는 세부 동작 원리를 다룹니다. 인터럽트 후반부를 처리하는 IRQ 스레드(threaded IRQ)와 Soft IRQ 기법과 커널에서 후반부를 처리하는 워크큐에 대해 설명합니다.

▣ [2부] 타이머, 동기화, 스케줄링, 시스템 콜, 시그널, 가상 파일 시스템, 메모리 관리 편
커널이 시간의 흐름을 관리하는 동작 원리와 동기화 기법(스핀락, 뮤텍스)을 다룹니다. 여러 프로세스의 실행 흐름을 관리하는 스케줄링의 세부 구현 방식과 시스템 콜과 시그널을 커널에서 어떤 방식으로 처리하는지 설명합니다. 다양한 파일 시스템을 공존해 실행시킬 수 있는 가상 파일 시스템과 커널의 메모리를 관리하는 방식에 대해 다룹니다.

부록으로 리눅스 커널의 메일링 리스트를 활용하는 방법과 리눅스 커널에 기여하는 방법을 자세히 소개합니다.

목차

▣ 08장: 커널 타이머 관리
8.1 커널 타이머(저해상도 타이머)의 주요 개념
___8.1.1 HZ란?
___8.1.2 Soft IRQ의 타이머 서비스란?
___8.1.3 Soft IRQ 타이머(TIMER_SOFTIRQ) 서비스와 동적 타이머란?
___8.1.4 커널이 실행 시각을 관리하는 방식을 왜 잘 알아야 할까?
___8.1.5 커널 타이머 용어 정리
8.2 jiffies란?
___8.2.1 jiffies 소개
___8.2.2 jiffies와 jiffies_64 변수
___8.2.3 jiffies 값은 누가 언제 증가시킬까?
___8.2.4 msecs_to_jiffies() 함수란?
8.3 커널에서 시간을 흐름을 제어하는 방법
___8.3.1 time_after()/time_before() 매크로 함수
___8.3.2 time_after()/time_before() 함수의 사용 예
8.4 동적 타이머 초기화
___8.4.1 동적 타이머의 전체 흐름
___8.4.2 동적 타이머 자료구조
___8.4.3 동적 타이머 초기화 함수
8.5 동적 타이머 등록
___8.5.1 동적 타이머의 등록
___8.5.2 동적 타이머 등록 과정의 주요 함수
___8.5.3 동적 타이머 등록 과정에서 호출하는 함수 분석
8.6 동적 타이머는 누가 언제 실행할까?
___8.6.1 Soft IRQ 타이머 서비스에서 동적 타이머를 실행하는 과정
___8.6.2 Soft IRQ 타이머 서비스의 1~2단계 분석
___8.6.3 Soft IRQ 타이머 서비스에서 등록된 동적 타이머를 체크하는 단계의 코드 분석
___8.6.4 Soft IRQ 타이머 서비스 핸들러에서 등록된 동적 타이머를 실행하는 단계의 코드 분석
8.7 라즈베리 파이에서의 동적 타이머 실습 및 로그 분석
___8.7.1 ftrace의 동적 타이머 디버깅 이벤트 소개
___8.7.2 라즈베리 파이에서의 동적 타이머 등록 및 실행 과정을 ftrace로 확인하기
8.8 정리

▣ 09장: 커널 동기화
9.1 커널 동기화의 주요 개념
___9.1.1 임계 영역과 레이스 컨디션
___9.1.2 레이스 컨디션은 왜 발생할까?
___9.1.3 레이스 컨디션 관련 커널 패치
9.2 레이스 컨디션 발생 실습
___9.2.1 유저 프로세스에서 시스템 콜을 호출할 때 발생하는 레이스 컨디션
___9.2.2 커널 프로세스의 레이스 컨디션
___9.2.3 인터럽트 발생으로 인한 레이스 컨디션 발생
9.3 커널 동기화 기법
___9.3.1 스핀락과 뮤텍스 기법
___9.3.2 스핀락과 뮤텍스 기법의 차이점
9.4 스핀락
___9.4.1 스핀락의 특징
___9.4.2 스핀락 자료구조
___9.4.3 스핀락 사용 예제
___9.4.4 스핀락 처리 흐름
___9.4.5 spin_lock() 함수의 인라인 어셈블리 코드 분석
___9.4.6 spin_lock() 함수의 어셈블리 코드 분석
___9.4.7 spin_unlock() 함수 분석
___9.4.8 스핀락 플러그인 함수: spin_lock_irq()/spin_unlock_irq()
___9.4.9 스핀락 플러그인 함수: spin_lock_irqsave()/spin_unlock_irqrestore()
9.5 뮤텍스란?
___9.5.1 뮤텍스의 기본 개념
___9.5.2 뮤텍스의 fastpath 동작
___9.5.3 뮤텍스 slowpath: mutex_lock() 함수 분석
___9.5.4 뮤텍스 slowpath: mutex_unlock() 함수 분석
9.6 커널 동기화 디버깅
___9.6.1 스핀락
___9.6.2 뮤텍스 디버깅
9.8 정리

▣ 10장: 프로세스 스케줄링
10.1 스케줄링의 주요 개념
___10.1.1 스케줄링이란?
___10.1.2 선점 스케줄링과 비선점 스케줄링이란?
___10.1.3 컨텍스트 스위칭이란?
___10.1.4 스케줄링 정책이란?
___10.1.5 스케줄러 클래스란?
___10.1.6 런큐란?
___10.1.7 우선순위(nice)란?
10.2 프로세스 상태 관리
___10.2.1 프로세스 상태
___10.2.2. 프로세스 상태 변화
___10.2.3 어떤 함수가 프로세스 상태를 바꿀까?
___10.2.4 프로세스 상태를 ftrace로 확인하기
10.3 스케줄러 클래스
___10.3.1 스케줄러 클래스 자료구조
___10.3.2 5가지 스케줄러 클래스란?
___10.3.3 프로세스는 스케줄러 클래스를 어떻게 등록할까?
___10.3.4 프로세스는 스케줄러 클래스로 스케줄러의 세부 함수를 어떻게 호출할까?
10.4 런큐
___10.4.1 런큐 자료구조(rq) 소개
___10.4.2 runqueues 변수
___10.4.3 런큐에 접근하는 함수
___10.4.4 런큐 자료구조
10.5 CFS 스케줄러
___10.5.1 CFS 스케줄러의 주요 개념
___10.5.2 CFS 스케줄러 알고리즘
___10.5.3 CFS 관련 세부 함수 분석
___10.5.4 vruntime을 ftrace로 확인하는 실습
10.6 선점 스케줄링
___10.6.1 선점 스케줄링이란?
___10.6.2 선점 스케줄링 진입점은 어디일까?
___10.6.3 선점 스케줄링의 발생 시점을 아는 것은 왜 중요할까?
___10.6.4 선점 스케줄링의 진입점: 커널 모드 중 인터럽트 발생
___10.6.5 선점 스케줄링 진입점: 유저 프로세스 실행 중 인터럽트 발생
___10.6.6 선점 스케줄링 진입점:

작가정보

저자(글) 김동현

저자 : 김동현
LG전자에서 11년째 임베디드 리눅스 BSP 엔지니어로 일하고 있다. 주로 리눅스 커널 드라이버를 안정화(Kernel Stability Troubleshooting)하거나 보드를 브링업하는 과제에 참여했다. 로우 레이어 소프트웨어(부트로더, 리눅스 커널 드라이버)의 다양한 문제를 해결할 수 있는 디버깅 방법에 관심이 많으며 실무 지식을 블로그를 통해 다른 개발자와 공유하는 것을 즐긴다.

- 블로그: http://rousalome.egloos.com/