[리눅스 커널 내부구조] Chapter 08 - 디바이스 드라이버

gom·2024년 4월 24일

리눅스 커널 내부구조

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VFS 가 제공하는 파일 객체 = 사용자 태스크가 접근하는 장치 파일
사용자 태스크가 구조체에 정의되어 있는 함수를 통해 장치파일에 접근 할 때 호출할 함수를 정의하고 구현해 주는 것
각 디바이스 드라이버에게 주 번호 지정
- 리눅스는 시스템에 존재하는 여러 개의 디바이스 드라이버를 구분하기 위한 고유한 번호
- 4096개의 주 번호 지원
각 장치는 자신을 나타내는 장치 파일을 가짐
장치 파일을 관리하는 아이노드 객체에 주 번호가 기록됨
- 주 번호(12bit)과 부 번호(20bit) 기록
  
  ** 부 번호 : 같은 디바이스 드라이버를 사용하는 장치가 복수 개 있을 때 이들을 서로 구분하기 위해 사용
  
  ** 장치 파일 : 사용자 태스크에게 디바이스 드라이버 내부 함수를 호출 할 수 있는 진입점(entry point) 제공
디바이스 드라이버를 선택하는 것은 주 번호를 통해서만 이뤄짐
종류
- 문자 디바이스 드라이버 : read(), write()함수와 1:1로 매칭되어 디바이스 드라이버 함수 호출
- 블록 디바이스 드라이버 : 큐를 통해 ‘페이지캐시’와 통신
- 네트워크 디바이스 드라이버

디바이스 드라이버
- 하드웨어로써 존재하는 디바이스를 구동시키기 위한 소프트웨어
- 어느 운영체제이건, 운영체제가 없는 환경에서도 동작되어야 함
  
  디바이스 드라이버 작성 시 디바이스를 구동시키기 위해 필요한 ‘하드웨어와 밀접한 코드’ 와 ‘운영체제와 관련된 코드’를 분리하는 것이 바람직함
리눅스 디바이스 드라이버 구성
- 디바이스 드라이버 코어
  - 특정 하드웨어를 위한 것
  - 하드웨어 매뉴얼을 참조하여 해당 하드웨어의 특성에 맞도록 작성
- 래퍼 (wrapper)
  - 코어를 리눅스에서 사용가능한 형태로 만들어주기 위한 것
  - 작성된 코어를 커널에 등록시킨 후 사용자 태스크가 호출할 함수들과 코어의 함수를 연결

사용자 태스크
- 시스템 호출을 통해 장치 파일에 접근
- 호출 가능한 함수는 파일 오퍼레이션 구조체에 정의 되어 있음
  
  → 일관된 구조를 가질 수 있음
디바이스 드라이버 개발자
- 파일 오퍼레이션 구조체에 정의되어 있는 함수를 디바이스 드라이버 내에 구현

→ 실습

파일 시스템에서 논리적인 블록에 대한 읽기/쓰기 요청이 발생했을 때 이 논리적인 블록을 물리적인 주소로 변환하여 실제 데이터를 주 메모리로 읽어옴
디스크에서 사건의 발생을 알렸을 때 그 사건을 처리함
문자 디바이스 드라이버와 달리 사용자의 read()/write() 함수와 1:1로 연결되지 않음 → 대신 리눅스 페이지캐시와 통신

CFQ (Completely Fair Queuing) 정책
- 기본적으로 64개의 큐 유지
- 태스크의 PID 해쉬 값을 인덱스로 하여 I/O 요청을 각 큐에 나누어 저장
- 각 큐에서 공평하게 I/O 요청을 꺼내어 디바이스 드라이버의 큐에 넣음
Deadline 정책
- 읽기 요청과 쓰기 요청이 완료되어야 하는 시간(deadline)을 지정하여 특정 I/O 요청이 병합이나 순서 변경 등의 이유로 장시간 대기하는 것을 방지
Anticipatory
- deadline + 시스템 성능 향상을 위해 두가지 기법 추가
NOOP
- 아무 일도 하지 않음
- I/O 스케줄링으로 인한 성능 향싱이 적은 SSD등의 저장장치가 존재하기 때문에 존재