Linux-Kernel- Programmierung

Transkript

1 Michael Beck, Harald Böhme, Mirko Dziadzka, Ulrich Kunitz, Robert Magnus, Dirk Verworner Linux-Kernel- Programmierung Algorithmen und Strukturen der Version 1.0 ADDISON-WESLEY PUBLISHING COMPANY Bonn Paris Reading, Massachusetts Menlo Park, California New York Don Mills, Ontario Wokingham, England Amsterdam Milan Sydney Tokyo Singapore Madrid San Juan Seoul Mexico City Taipei, IL/tl/ Taiwan X Cll VI fnv.-nr. 2.0%"i ß-

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort Vorwort der Autoren x x 1 Linux - Das Betriebssystem Wesentliche Eigenschaften Linux-Distributionen 5 2 Die Übersetzung des Kerns Wo finde ich was? Die Übersetzung Zusätzliche Konfigurationsmöglichkeiten Einführung in den Kern Algorithmen und Datenstrukturen Die Task-Struktur Die Prozeßtabelle Files und Inodes Dynamische Speicherverwaltung Warteschlangen Systemzeit und Zeitgeber (Timer) Signale Interrupts Booten des Systems 40

3 vi Inhaltsverzeichnis Timerinterrupt Scheduler Implementation von Systemaufrufen Wie funktionieren Systemaufrufe eigentlich? Beispiele für einfache Systemaufrufe 50 ' Beispiele für komplexere Systemaufrufe Implementation eines neuen Systemaufrufes 63 Die Speicherverwaltung Die Speicherverwaltung des Segmentierung, Paging Speicherinitialisierung unter Linux Der logische Adreßraum eines Prozesses Der Nutzerbereich Der Systemruf sys-brk() Memory Mapping und virtuelle Speicherbereiche Das Kernelsegment Dynamische Speicherreservierung im Kernelmodus Das Caching der Blockgeräte Paging unter Linux Das Finden einer freien Seite Seitenfehler und das Zurückladen einer Speicherseite Interprozeßkommunikation Synchronisation im Kern.. HO 5.2 Kommunikation über Dateien Das Sperren ganzer Dateien Sperren von Dateibereichen Pipes Debugging mit ptrace() SystemVIPC Zugriffsrechte, Nummern und Schlüssel Semaphore Messagequeues Shared Memory Die Befehle ipcs und ipcrm IPC mit Sockets Ein einfaches Beispiel Die Implementation von Unix-Domain-Sockets 146

4 Inhaltsverzeichnis vii 6 Das LlNUX-Dateisystem Grundlagen Die Repräsentation von Dateisystemen im Kern Das Mounten Superblock-Operationen Die Inode Inode-Operationen Die Filestruktur : File-Operationen Das Öffnen einer Datei Das proc-dateisystem Gerätetreiber unter Linux Zeichen-und Blockgeräte Polling-und Interruptbetrieb Polling Interruptbetrieb Bottom Halfs - Die unteren Interrupthälften DMA-Betrieb....^ Die Hardware Hardwareerkennung Die Implementation eines Treibers Die Setup-Funktion mit, Open und Release ReadundWrite IOCTL Select.. : Lseek, Readdir, MMap und Fsync Netzwerkimplementation Einführung und Überblick Das Schichtenmodell der Netzwerkimplementation Die Reise der Daten Wichtige Strukturen Die socket-struktur : Die Struktur sk_buff- Pufferverwaltung im Netzwerk Der INET-Socket - spezieller Teil eines Sockets Protokolloperationen in der proto-struktur Die allgemeine Struktur einer Socketadresse Echte Geräte der Netzwerkimplementation 226

5 viii Inhaltsverzeichnis 8.3 Abstrakte Netzwerkgeräte unter LINUX Ethernet SLIP und PLIP Das Loopback-Gerät ARP-Address Resolution Protocol IP Allgemeines über IP Funktionen des IP Routing UDP Funktionen des UDP Weitere Funktionen TCP Allgemeines zum TCP Der TCP-Kommunikationsendpunkt Funktionen des TCP Die Packet-Schnittstelle-eine Alternative? 252 A Systemaufrufe ^ 255. A.l Die Prozeßverwaltung 256 A.2 Das Dateisystem 282 A.3 Die Kommunikation 302 A.4 Die Speicherverwaltung : 305 A.5 Die Initialisierung 307 A.6 Und der ganze Rest 308 A.7 Nachbemerkungen 309 B Kernnahe Kommandos 311 B.l free - Übersicht über den Systemspeicher 311 B.2 ps - Ausgabe der Prozeßstatistik 312 B.3 Nachträgliche Kernkonfiguration 317 B.4 top - Die CPU-Charts 318 B.5 Init - Primus inter pares 319 B.6 shutdown - Das Herunterfahren des Systems 325 B.7 strace - Observierung eines Prozesses 326 B.8' Konfiguration des Netzwerk-Interfaces 327 B.9 traceroute - Der Ariadnefaden im Internet 328 B.10 Konfiguration einer seriellen Schnittstelle 330 B.ll Konfiguration einer parallelen Schnittstelle 333 C Das proc-dateisystem 335

6 Inhaltsverzeichnis ix D Der Bootprozeß 343 D.l Ablauf des Bootens,343 D.2 LILO-der Linux-Lader :. 346 D.2.1 MS-DOS-MBR startet LILO 346 D.2.2 LILO wird von einem Bootmanager gestartet 346 D.2.3 LILO im Master-Boot-Record : 347 D.2.4 LILO-Dateien 347 D.2.5 LILO-Boot-Parameter. 352 D.2.6 LILO-Startmeldungen 354 D.2.7 Fehlermeldungen 355 L Literaturverzeichnis. 357 I Index 361