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도서 소개

코드로 알아보는 ARM 리눅스 커널(제2판)

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최신 ARM64 커널을 코드 레벨에서 상세히 분석하다!

최신 커널을 분석하거나 수정하기 위해 라인 단위로 코드 설명!

 

출판사 제이펍

저자명 윤석훈, 문영일, 구본규, 유희재

출판일 2018년 5월 24일

페이지 936쪽

시리즈 (없음)

판  형 (188*245*39)

제  본 무선(soft cover)

정  가 44,000원

ISBN 979-11-88621-15-6 (93000)

키워드 리눅스 커널 / ARM64 / ARMv8 / AArch64 / 태스크 관리 / 임베디드 리눅스

분야 운영체제 / 리눅스 / 임베디드

 
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도서 소개

ARM64 커널의 작동 구조 전격 공개!

최신 커널을 분석하거나 수정하기 위해 라인 단위로 코드 설명!

 

현업에서 커널 업무를 하고 있거나, 취미로 커널 분석을 시작했지만 방대한 양과 난해한 코드 때문에 어려움을 겪고 있는가? 시간이 부족하여 어디서부터 시작해야 할지 갈피조차 잡지 못하고 있는가? 오래전에 구입한 책을 뒤적거리지만 커널 버전이 맞지 않아 시간만 낭비하고 있지는 않은가? 최신 커널 학습에 어려움을 겪는 이런 분들을 위해 《코드로 알아보는 ARM 리눅스 커널》을 전면 개정하여 출간했다. 이 책은 최신 ARM64 커널의 주요 서브시스템을 코드 레벨에서 분석하고 있으며, 기존 원리를 코드를 직접 쫓아가며 명쾌하게 소개하고 있어 커널 엔지니어들에게 훌륭한 길잡이가 될 것이다.

 

ARM64 커널 개발을 시작했거나 좀 더 깊고 다양하게 이해하고 싶은 엔지니어, (놀랍게도) 취미로 ARM64 커널을 이해하고자 하는 엔지니어를 위한 이 책은 ARMv8 아키텍처에 대한 내용뿐만 아니라 커널의 핵심 구동 원리를 완벽히 습득하는 데 필요한 거의 모든 내용을 담고 있다. 더욱이 370여 개의 그림을 통해 이해를 돕고 있어 기나긴 커널 분석의 길에 든든한 동반자가 될 수 있을 것이다.

 

이 책의 주요 내용

  • ARMv8 아키텍처 구조 
  • 메모리 매핑, 페이징 
  • 태스크 관리와 스케줄링 
  • 인터럽트와 타이머
  • ARM64 커널의 시작과 익셉션 핸들링, 디바이스 트리
  • 메모리 할당자
  • SMP와 cpu 토폴로지

 

지은이 소개

윤석훈

9년째 임베디드 리눅스 엔지니어로 일하고 있다. 주로 커널을 최적화하는 업무에 참여했으며, 임베디드 리눅스 커널에 관한 콘텐츠를 지속적으로 생산, 배포하는 것과 디버깅 툴에 관심이 많다. 커널 엔지니어로 오래 먹고 살기 위한 궁리의 일환으로 최근에는 잘 다니던 회사를 나와 무언가를 준비 중에 있다.

 

문영일 

수년간 광통신을 이용하여 기가비트 인터넷을 전송하는 시스템인 GPON 네트워크 관련 개발을 하고 있다. 이전에는 ARM, PPC, MIPS 아키텍처 기반의 각종 임베디드 시스템뿐 아니라 콜센터 및 데이터센터 분야의 애플리케이션 설계와 개발을 수행했었다.

 

구본규

국내 손꼽히는 SoC 팹리스에서 리눅스 엔지니어로 근무하고 있다. 10년 넘게 각종 IT 세미나, 콘퍼런스, 커뮤니티 활동을 했으며, 요즘은 로봇과 인공지능이 바꿀 미래를 꿈꾸며 머신러닝 스터디 모임을 운영하고 있다.

 

유희재

임베디드 리얼타임 컴퓨팅 랩에서 멀티코어 환경에서의 임베디드 시스템을 전공했다. 대학원을 졸업한 후에는 시스템 엔지니어로 컴퓨터 비전을 활용한 스마트 네트워크 시스템과 x-ray 디텍터 및 바이오 진단기기를 개발했고, 플래그십 AP와 FPGA를 활용한 펌웨어 엔지니어로 최첨단 의료기기인 복강경 수술로봇의 국산화에도 힘썼다. 지금은 종합 반도체 회사에서 UFS를 위한 모바일 펌웨어 엔지니어로 근무하고 있다.

 

차례

1장 ARMv8 아키텍처 1

1.1 ARMv8 소개 4

    1.1.1 익셉션 모델 5

    1.1.2 익셉션 레벨 변경 6

    1.1.3 실행 상태 7

    1.1.4 실행 상태 변경 7

1.2 ARMv8 레지스터 8

    1.2.1 프로세서 상태 레지스터(PSTATE) 9

    1.2.2 AArch64 특수 목적 레지스터 10

    1.2.3 시스템 레지스터 12

    1.2.4 ABI의 레지스터 사용 규칙 12

1.3 AArch64 익셉션 핸들링 13

    1.3.1 익셉션 타입 14

    1.3.2 동기 및 비동기 익셉션 15

    1.3.3 익셉션 핸들링 16

    1.3.4 익셉션에 의해 변경되는 실행 상태와 익셉션 레벨 17

    1.3.5 AArch64 익셉션 벡터 테이블 19

    1.3.6 인터럽트 핸들링 20

    1.3.7 GIC 표준 인터럽트 컨트롤러 21

1.4 캐시 21

    1.4.1 캐시 구조 22

    1.4.2 캐시 컨트롤러 24

    1.4.3 캐시 정책 24

    1.4.4 캐시 일관성의 두 가지 관점 25

    1.4.5 캐시 관리 27

    1.4.6 캐시 탐색 27

1.5 MMU 28

    1.5.1 가상 주소를 물리 주소로 변환 29

    1.5.2 AArch64의 테이블 디스크립터 종류 30

    1.5.3 커널과 애플리케이션의 가상 주소 공간 분리 32

    1.5.4 변환 테이블의 cacheable과 shareable 속성 33

    1.5.5 디스크립터 메모리 속성 34

    1.5.6 시큐리티와 MMU 36

    1.5.7 컨텍스트 스위칭 36

1.6 메모리 오더링 37

    1.6.1 메모리 타입 39

    1.6.2 배리어 41

    1.6.3 메모리 속성 42

1.7 멀티코어 프로세서 44

    1.7.1 멀티프로세싱 시스템 44

    1.7.2 캐시 일관성 47

    1.7.3 클러스터 내의 멀티코어 캐시 일관성 48

    1.7.4 버스 프로토콜과 캐시 일관성 인터커넥트 51

1.8 전력 관리 52

    1.8.1 유휴 상태 관리 52

    1.8.2 소비전류 관련 인스트럭션 54

    1.8.3 PSCI 54

더보기

2장 커널 시작하기 57

2.1 커널의 진입점 head.S 60

    2.1.1 부트 파라미터 저장 62

    2.1.2 EL2 설정 63

    2.1.3 CPU 부트 모드 저장 64

    2.1.4 페이지 테이블 생성 65

    2.1.5 CPU 초기화 71

2.2 익셉션 핸들링 78

    2.2.1 익셉션 벡터 79

    2.2.2 익셉션 테이블 엔트리 84

2.3 디바이스 트리 94

    2.3.1 디바이스 트리의 필요성 94

    2.3.2 디바이스 트리 작성하기 95

    2.3.3 early FDT 사용 96

    2.3.4 FDT를 풀어낸 후 사용 107

 

3장 페이징과 매핑 125

3.1 ARM64 페이징 127

    3.1.1 가상 주소 공간 127

    3.1.2 페이지 테이블 개요 130

    3.1.3 페이징 초기화 134

    3.1.4 페이지 테이블 생성 142

    3.1.5 페이지 테이블 레지스터 설정 151

    3.1.6 페이지 테이블 및 주소 변환 API 158

3.2 고정 매핑(fixmap) 161

    3.2.1 고정 매핑 초기화 162

    3.2.2 고정 매핑과 언매핑 164

    3.2.3 고정 매핑 관련 API 166

3.3 연속된 가상 주소 공간 매핑(vmap) 168

    3.3.1 vmap 영역 관리 168

    3.3.2 vmap 172

    3.3.3 vmap_area 할당 176

    3.3.4 vunmap 186

    3.3.5 vmap_area 할당과 해제 192

3.4 I/O 메모리 매핑(ioremap) 200

    3.4.1 early I/O 메모리 매핑 200

    3.4.2 I/O 메모리 매핑 205

3.5 페이지 디스크립터 매핑(vmemmap) 213

    3.5.1 vmemmap 활성화 214

 

4장 메모리 관리 219

4.1 early 메모리 할당자: memblock 221

    4.1.1 memblock 구조 222

    4.1.2 memblock 초기화 224

    4.1.3 memblock 할당과 해제 229

    4.1.4 memblock 추가 232

    4.1.5 memblock 삭제 240

4.2 메모리 모델 245

    4.2.1 메모리 모델의 종류 246

    4.2.2 메모리 맵(mem_map) 249

4.3 존 254

    4.3.1 존 타입 254

    4.3.2 부트 메모리 초기화 257

    4.3.3 vmemmap을 사용하는 sparse 메모리 모델 277

4.4 버디 시스템 309

    4.4.1 버디 시스템의 구조 309

    4.4.2 최초 버디 구성 과정 312

    4.4.3 버디 시스템의 페이지 할당 322

    4.4.4 버디 시스템의 페이지 해제 336

4.5 per-cpu 페이지 프레임 캐시(pcp) 343

    4.5.1 pcp 초기화 과정 344

    4.5.2 pcp 구성하기 344

    4.5.3 pcp에서의 페이지 할당 346

    4.5.4 pcp로의 페이지 해제 349

    4.5.5 pcp를 버디 시스템으로 회수하기 354

4.6 페이지 할당자 356

    4.6.1 구조 356

    4.6.2 NUMA 지원 357

    4.6.3 존 구성 및 zonelist 358

    4.6.4 zonelist 초기화 361

    4.6.5 NUMA 메모리 정책 초기화 370

    4.6.6 페이지 할당 373

    4.6.7 fastpath 페이지 할당 375

    4.6.8 더티 페이지 384

    4.6.9 slowpath 페이지 할당 388

    4.6.10 워터마크 395

4.7 슬랩 할당자 410

    4.7.1 슬랩, 슬럽, 슬롭 410

    4.7.2 슬랩 객체 구조 412

    4.7.3 kmem_cache 초기화 413

    4.7.4 kmem 캐시 생성 426

    4.7.5 슬랩 페이지 할당 442

    4.7.6 슬랩 객체 할당 449

    4.7.7 슬랩 객체 해제 472

4.8 kmalloc과 vmalloc 487

    4.8.1 kmalloc과 vmalloc의 특징 487

    4.8.2 GFP(Get Free Page) 플래그 488

    4.8.3 kmalloc 할당 490

    4.8.4 kmalloc으로 할당한 메모리 해제 496

    4.8.5 vmalloc 초기화 498

    4.8.6 vmalloc을 사용한 메모리 할당 500

    4.8.7 vmalloc( )으로 할당받은 메모리 해제 505

4.9 per-cpu 할당자 507

    4.9.1 개요 507

    4.9.2 per-cpu 초기화 523

    4.9.3 first chunk 구성 545

    4.9.4 슬랩 할당자 활성화 후 per-cpu 초기화 555

    4.9.5 per-cpu 동적 할당 556

 

5장 태스크 관리 575

5.1 태스크 표현 577

    5.1.1 프로세스와 스레드의 차이, 그리고 태스크 577

    5.1.2 태스크를 표현하는 자료구조 578

    5.1.3 초기화 과정 579

5.2 PID 관리하기 586

    5.2.1 PID를 표현하는 자료구조 586

    5.2.2 PID 할당하기 591

    5.2.3 PID 해제하기 598

    5.2.4 PID 할당을 위한 초기화 과정 600

    5.2.5 관련 API 603

5.3 실행 상태 관리하기 604

    5.3.1 태스크의 주요 실행 상태 605

    5.3.2 관련 API 606

5.4 우선순위 관리하기 607

    5.4.1 nice 값과 우선순위 607

    5.4.2 static priority, normal priority, dynamic priority 608

    5.4.3 우선순위 설정하기 608

    5.4.4 PI boosting priority leak과 우선순위 리셋 613

5.5 태스크 생성하기 614

    5.5.1 _do_fork( ): 태스크 생성의 시작점 614

    5.5.2 copy_process( ): 태스크 복사하기 616

5.6 태스크 종료하기 636

    5.6.1 do_exit( ) 637

5.7 idle 스레드(swapper) 640

    5.7.1 idle 스레드가 실행되는 과정 641

    5.7.2 idle 스레드가 하는 일 642

    5.7.3 idle 스레드가 설정되는 과정 645

    5.7.4 초기화 과정 분석 646

5.8 태스크 관련 자료구조의 필드 설명 652

    5.8.1 task_struct 구조체 652

    5.8.2 thread_info 구조체 655

    5.8.3 thread_struct 구조체 656

 

6장 태스크 스케줄링 657

6.1 스케줄러의 주요 개념 660

    6.1.1 load weight와 virtual runtime 660

    6.1.2 스케줄링 레이턴시와 타임 슬라이스 663

    6.1.3 런큐와 CFS 런큐, 레드 블랙 트리 666

    6.1.4 태스크 그룹과 스케줄링 엔티티 669

    6.1.5 스케줄링 클래스, 스케줄링 정책 674

6.2 메인 스케줄러 675

    6.2.1 타이머 인터럽트를 이용한 주기적인 스케줄링 676

    6.2.2 비주기적인 스케줄링 678

    6.2.3 스케줄링 시작하기: schedule( ), preempt_schedule_irq( ), preempt_schedule_common( ) 682

    6.2.4 스케줄링 요청하기, 요청 체크해서 스케줄링 시도하기 685

    6.2.5 스케줄링의 핵심: _ _schedule( ) 688

    6.2.6 태스크 깨우기: try_to_wake_up( ) 697

6.3 CFS(Completely Fair Scheduling) 710

    6.3.1 태스크를 런큐에 삽입하기 710

    6.3.2 태스크를 런큐에서 선택하기 717

    6.3.3 태스크를 런큐에서 제거하기 729

    6.3.4 주기적으로 발생하는 틱 처리하기 734

    6.3.5 스케줄링 엔티티의 실행시간 관리하기 737

    6.3.6 타임 슬라이스 관리하기 742

6.4 스케줄러 초기화하기 747

    6.4.1 sched_init( ): 스케줄러 초기화하기 747

 

7장 SMP와 cpu 토폴로지 755

7.1 SMP를 위한 커널 지원 757

7.2 cpu 토폴로지 758

    7.2.1 MPIDR 해시 테이블 762

    7.2.2 cpumask map 768

7.3 Secondary Booting 770

    7.3.1 ARM: SMP 오퍼레이션 770

    7.3.2 ARM64: cpu 오퍼레이션 772

    7.3.3 PSCI(Power State Coordination Interface) 777

    7.3.4 ARM64 non-boot cpu 부팅 781

 

8장 인터럽트 803

8.1 인터럽트의 개념 805

    8.1.1 인터럽트란 무엇인가? 805

    8.1.2 인터럽트 컨트롤러 805

8.2 리눅스 인터럽트 서브시스템 807

    8.2.1 irq_chip: 인터럽트 컨트롤러 807

    8.2.2 irq_domain: 인터럽트 도메인 808

    8.2.3 irq_desc: 인터럽트 디스크립터 809

8.3 인터럽트 핸들러 등록과 처리 810

    8.3.1 인터럽트 핸들러 등록 810

    8.3.2 인터럽트 핸들러 호출 과정 813

    8.3.3 인터럽트 활성화와 비활성화 816

    8.3.4 인터럽트 초기화 과정 819

8.4 인터럽트 지연 처리 825

    8.4.1 top-half와 bottom-half 825

    8.4.2 softirq 826

    8.4.3 워크큐 833

    8.4.4 threaded irq 843

 

9장 시간과 타이머 관리 847

9.1 공통 클록 프레임워크(CCF) 849

    9.1.1 클록 850

    9.1.2 기본적인 클록의 구성요소 850

    9.1.3 CLK 프레임 계층 구현을 위한 인터페이스 853

    9.1.4 관련 초기화 함수 857

9.2 타임 서브시스템 859

    9.2.1 기본 구성 개요 860

    9.2.2 클록 소스 860

    9.2.3 클록 이벤트 865

    9.2.4 틱 디바이스 868

9.3 타이머 관리 872

    9.3.1 타이머 개요 872

    9.3.2 저해상도 타이머 874

    9.3.3 고해상도 타이머 879

 

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  • Levi 2018.07.06 16:14

    초판 226p arm_memblock_init(void) 함수가 실제 linux kernel v4.6 코드와 일치하지 않습니다.
    확인 부탁드립니다.
    https://elixir.bootlin.com/linux/v4.6/source/arch/arm64/mm/init.c#L169

    • 윤석훈 2018.07.09 13:45

      안녕하세요 Levi님,
      대표저자 윤석훈입니다.

      말씀하신대로 책의 코드는 4.6이 아닌 다른 버전의 것이 들어가 있습니다. 책보시는데 불편함을 드려 사과드립니다^^;;

      다음 판에서는 말씀하신 내용이 반영되도록 처리하겠습니다. 혹시 다른 질문사항이나 잘못된 부분을 발견하시면 다시 댓글 주시거나 아래 구글그룹 계정으로 메일 주세요.

      linux-kernel-arm@googlegroups.com

      감사합니다!
      윤석훈 드림.


      !!내용 추가!!

      아래 코드가..

      if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
      memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size, ARM64_MEMSTART_ALIGN);
      memblock_remove(0, memstart_addr);
      }

      다음과 같이 변경되어야 합니다.

      if (memblock_end_of_DRAM() > linear_region_size)
      memblock_remove(0, memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size);

      설명 자체는 동일합니다.

  • 로드디 2019.12.10 10:54

    해당 책을 e-book으로는 구매를 할 수가 없나요?
    회사에서 내부 스터디 용으로 구매를 할 예정인데 900페이지 되는 책을 들고 다니기도 힘들고
    태블릿 PC에 저장해서 보고 싶어 하는데 방법이 없는지 여쭤봅니다.

    • Favicon of https://jpub.tistory.com BlogIcon 제이펍 2019.12.10 11:07 신고

      네. 죄송합니다만 지금은 전자책 판매를 하지 않고 있습니다. 1월 중에 전자책 판매를 시작하려 합니다만, 현재 이 책은 1차 리스트에 포함되어 있지 않네요. 빠른 시일 안에(2-3월) 이 책도 전자책 준비를 해보겠습니다.

  • 로드디 2019.12.10 11:25

    2~3월 중에는 꼭 지원 부탁드리겠습니다.
    실물 책을 보유 하고 있어 회사 스터디용으로 추천을 했는데
    다들 두꺼워서 들고 다니기를 두려워 하네요 ^^

  • Snivy 2020.04.05 08:21

    안녕하세요.
    개인적으로 공부하려고 책을 구매했는데 내용이 방대하고 어렵네요.
    혹시 온라인강의를 제공할 의향이 있으신가요?
    모든 것을 자세하게 다룰 수는 없더라고 중요 포인트에 대해서라도 설명해주는 온라인강의가 있으면 책 내용을 이해하는데 큰 도움이 될 것 같습니다.

    • Favicon of https://jpub.tistory.com BlogIcon 제이펍 2020.04.06 07:19 신고

      안녕하세요? 저희 책으로 공부해 주셔서 고맙습니다. 말씀하신 내용을 저자들께 전달하여 의견을 들어보겠습니다. 들어 보고 좋은 소식 있으면 다시 댓글로 안내해 드리겠습니다. 지금 당장은 혼자서, 혹은 커뮤니티의 도움을 받아 공부하시는 수밖에 없을 듯합니다.

    • Favicon of https://jpub.tistory.com BlogIcon 제이펍 2020.04.13 16:48 신고

      저자들께 여쭤봤는데, 아쉽게도 온라인 강의나 동영상 제작 계획은 없으시다고 합니다. 관련 커뮤니티 등에 글을 올리시면 조금이나마 도움을 받을 수 있지 않을까 싶습니다.