Разработка ядра Linux

В этой главе рассматривается модель представления устройств, файловая система sysfs, объекты kobject и уровень событий ядра. Описание материала главы было бы невозможно без рассмотрения родственных вещей: были также описаны множества kset, подсистемы, атрибуты, типы ktype и счетчики ссылок kref. Эти структуры предназначены для использования разными людьми в разных местах. Разработчикам драйверов необходимо только ознакомление с внешними интерфейсами. Большинство подсистем драйверов эффективно скрывают внутренние механизмы использования объектов kobject и других, близких к ним структур. Понимание основных принципов работы и знание основного назначения интерфейсов, таких как sysfs_create_file(), является достаточным для разработчиков драйверов. Однако для разработчиков, которые занимаются разработкой основного кода ядра, может потребоваться более детальное понимание принципов функционирования объектов kobject. Объекты kobject могут оказаться еще более важными, так как их могут использовать и те разработчики, которые вообще не занимаются разработкой подсистем драйверов!!!

Эта глава — последняя из тех, которые посвящены подсистемам ядра. В следующих главах будут рассмотрены некоторые общие вопросы, которые также могут оказаться важными для разработчиков ядра. Например, основные рекомендации по отладке кода!

Глава 18 Отладка

Один из самых существенных факторов, который отличает разработку ядра от разработки пользовательских приложений, — это сложность отладки. Отлаживать код ядра сложно, но крайней мере по сравнению с кодом пространства пользователя. Еще больше усугубляет ситуацию тот факт, что ошибка в ядре может привести к катастрофическим последствиям для всей системы.

Успех в освоении приемов отладки ядра и, в конце концов, в разработке ядра вообще, в основном, зависит от опыта и понимания принципов работы операционной системы в целом. Понятно также, что, для того чтобы успешно выполнять отладку ядра, необходимо понимать, как ядро работает. Тем не менее когда-то нужно начать, и в этой главе будут рассмотрены подходы к отладке ядра.

С чего необходимо начать

Итак, готовы ли вы начать охоту за ошибками? Этот путь может оказаться длинным и полным разочарований. Некоторые ошибки ставили в тупик все сообщество разработчиков ядра на несколько месяцев. К счастью, на каждую из таких злостных ошибок находятся простые, которые легко исправить. Если вам повезет, то все проблемы, с которыми вы столкнетесь, будут простыми и тривиальными. Однако чтобы это проверить, необходимо начать исследования. Для этого понадобится следующее.

• Сама проблема. Может звучать глупо, но дефект должен быть конкретным и хорошо определенным. Очень помогает, если его хотя бы кто-нибудь может устойчиво воспроизвести. Однако, к сожалению, дефекты обычно ведут себя не так хорошо, как хотелось бы, и не всегда могут быть хорошо определены.

• Версия ядра, в которой существует дефект (обычно это последняя версия, хотя кто может это гарантировать?). Еще лучше, если известна версия ядра, в которой проблема впервые появилась. Мы рассмотрим, как это установить, если нет такой информации.

• Немного удачи, опыта и их комбинации.

Если дефект нельзя воспроизвести, то многие из приведенных ниже подходов становятся бесполезными. Очень важно, чтобы проблему можно было повторить. Если этого не удается сделать, то исправление дефекта становится возможным только путем визуального анализа кода для того, чтобы найти в нем ошибку. На самом деле так случается достаточно часто (например, с разработчиками ядра), но очевидно, что шансы добиться успеха становятся более весомыми, если появляется возможность воспроизвести проблему.

Может также показаться странным, что существуют дефекты, которые кто-то не может воспроизвести. Дело в том, что в пользовательских программах дефекты чаще всего проявляются очень просто, например вызов функции foo приводит к созданию файла core. В ядре все совсем по-другому. Взаимодействия между ядром, пространством пользователя и аппаратурой могут быть достаточно тонкими. Состояния конкуренции за ресурсы могут возникать с вероятностью одно на миллион итераций алгоритма. Плохо спроектированный или даже не правильно скомпилированный код может обеспечивать удовлетворительную производительность на одной системе, но неудовлетворительную на другой, Очень часто происходит так, что на какой-то случайной машине, при очень специфическом характере загрузке, начинают проявляться дефекты, которые больше нигде не проявляются. Чем больше доступно дополнительной информации при локализации дефекта, тем лучше. Во многих случаях, как только удалось устойчиво воспроизвести проблему, можно считать, что большая половина работы сделана.

Дефекты ядра