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Linuxカーネルについて 2014/01
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Linuxカーネルの役割 ① ハードウェアに対する アプリケーション 操作をアプリケーション が意識しなくてよい
システムコールインターフェース カーネル関数 ハードウェア
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Linuxカーネルの役割 ② 以下の機能をアプリケーションに提供し、 ハードウェアに対する操作を統一的にする。 ・プロセス管理 ・メモリ管理
・ファイルシステム ・ネットワーク ・プロセス間通信 etc...
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Linuxカーネルのディレクトリ構成 ・kernel - Linxuカーネルの動きを制御する
・mm - 実メモリ管理、仮想記憶等のメモリ管理 ・fs - ファイルシステム関連 ・net - ネットワーク関連 ・init - カーネル起動時に呼び出される初期処理 ・crypto - 暗号処理共通関数 ・block – ブロック型デバイスのための共通処理 ・divers - デバイスドライバ ・sound - サウンドドライバ ・arch - CPUアーキテクチャに依存したコード群 ・include – 各種ヘッダーファイル Etc..
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Linuxカーネルの動きを追う ソースが何百万行もあるので、 まずはブートプロセスから見てみる。
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起動時の処理 ① CPUアーキテクチャ非依存の処理を見る Init/main.c のstart_kernel関数
asmlinkage void __init start_kernel(void) { char * command_line; extern const struct kernel_param __start___param[], __stop___param[]; smp_setup_processor_id(); lockdep_init(); debug_objects_early_init(); boot_init_stack_canary(); cgroup_init_early(); …
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起動時の処理 ② 150行に渡ってひたすら初期化の関数を呼び出している。。。
全て追うと膨大な量になるので、更に読む箇所を絞り、割り込みハンドラを登録している箇所を 読んで見る。割り込みハンドラはtrap_init関数で登録されている。 ※割り込みハンドラとは 現在実行中の処理を一旦中断して、優先的に別の処理を行うこと。 例えばキーボードの入力を検知して、押されたキーに対応する処理を優先的に実行する等。
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trap_init void __init trap_init(void) { int i; #ifdef CONFIG_EISA
void __iomem *p = early_ioremap(0x0FFFD9, 4); if (readl(p) == 'E' + ('I'<<8) + ('S'<<16) + ('A'<<24)) EISA_bus = 1; early_iounmap(p, 4); #endif set_intr_gate(0, ÷_error); // 除算エラー set_intr_gate_ist(2, &nmi, NMI_STACK); // NMI割り込み set_system_intr_gate(4, &overflow); // オーバーフロー set_intr_gate(5, &bounds); // BOUN範囲外 ...
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割り込みテーブルの仕組み 各割り込み番号毎にセグメントとオフセットが 格納されており、それぞれCPUの CS(コードセグメント)
IP (インストラクションポインタ) に格納されて実行される。 ※要するに各割り込みに対応する関数への アドレスが登録され、実行される。
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割り込みの種類 ・外部装置割り込み SCSIホストアダプタ、ネットワークカード、端末装置などが生成する割り込み。 ・タイマー割り込み
タイマーコントローラが一定周期で割り込みを発生させる。 Linuxでは2種類のタイマー割り込み（グローバルタイマー割り込み、ローカルタイマー割り込み） がある。 ・プロセッサ間割り込み マルチプロセッサ環境において、ほかのCPUへ何らかの事象を通知するために利用される。 割り込み要求を受けたCPUは、その事象に対応する処理を実行する ・NMI（マスク不可割り込み） 緊急時の障害対応目的で利用される
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感想 Linuxカーネルはとんでもなく膨大な量なので、 読みたい箇所を絞って読まないと 大変なことになる。 今回は概要と、割り込みの部分しか
紹介できなかったので、 次回は別の部分を深く掘り下げたいと思う。
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参考書籍 ・Linuxカーネル2.6解読室 ・Linuxカーネル解析入門 ・Linuxのブートプロセスをみる
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