Изучение программирования ядра

Отладка ядра ( 1 -> 4 -> 9 -> ... )

Если при общении с ним человек не говорит точно, что имеет в виду, это неизбежно приведет к неприятностям. ~Алан Тьюринг, о компьютерах

Брайан В. Керниган в статье Unix для начинающих (1979) сказал: «Наиболее эффективным инструментом отладки по-прежнему является тщательное обдумывание в сочетании с разумно размещенными операторами печати». Знание того, что нужно собирать, поможет вам быстро получить нужные данные для быстрой диагностики. Великий ученый-компьютерщик Эдсгер Дейкстра однажды сказал, что тестирование может продемонстрировать наличие ошибок, но не их отсутствие. Надлежащая практика проведения расследований должна уравновешивать необходимость быстрого решения проблем, необходимость развития навыков и эффективное использование экспертов в предметной области.

Бывают моменты, когда вы достигаете дна, кажется, что ничего не работает, и у вас заканчиваются все варианты. Именно тогда начинается настоящая отладка. Ошибка может обеспечить перерыв, необходимый вам, чтобы освободиться от фиксации на неэффективном решении.

Видео-лекции по отладке и профилированию ядра, Анализ дампа ядра, Отладка многоядерных процессоров с помощью GDB, Управление многоядерными процессорами Условия гонки, Отладка электроники

/* Buggy Code -- Stack frame problem
 * If you require information, do not free memory containing the information
 */
char *initialize() {
  char string[80];
  char* ptr = string;
  return ptr;
}

int main() {
  char *myval = initialize();
  do_something_with(myval);
}
/*  “When debugging, novices insert corrective code; experts remove defective code.”
 *     – Richard Pattis
#if DEBUG
 printk("The above can be considered as Development and Review in Industrial Practises");
#endif
 */

Безопасность ( 1 -> 2 -> 8 -> 4 -> 3 -> ... )

«UNIX не был разработан для того, чтобы мешать своим пользователям делать глупости, поскольку это также мешало бы им делать умные вещи». — Дуг Гвин

Никакая техника не работает, если она не используется. Этика меняется вместе с технологиями.

"F × S = k" произведение свободы и безопасности является константой. - Законы Нивена

Криптография формирует основу доверия в Интернете. Взлом — это использование мер безопасности с технической, физической или человеческой точки зрения. Защита ядра от других запущенных программ — это первый шаг к безопасной и стабильной системе, но этого явно недостаточно: некоторая степень защиты должна существовать и между различными пользовательскими приложениями. Эксплойты могут быть нацелены на локальные или удаленные службы.

«Вы не можете взломать свою судьбу, грубая сила… вам нужен черный ход, боковой канал в Жизнь». — Клайд Дсуза

Компьютеры не решают проблемы, они реализуют решения. За каждым недетерминированным алгоритмическим кодом стоит решительный разум. -- /var/log/dmesg

видеолекции по криптографии и сетевой безопасности, Пространства имен для безопасности, Защита от удаленных атак, Безопасный встроенный Linux

env x='() { :;}; echo vulnerable' bash -c "echo this is a test for Shellsock"

Исходный код ядра ( 0,11 -> 2,4 -> 2,6 -> 3,18 )

«Как и вино, мастерство программирования ядра со временем созревает. Но, в отличие от вина, в процессе оно становится слаще». -- Лоуренс Мучека

Вы можете не думать, что программисты — художники, но программирование — чрезвычайно творческая профессия. Это логическое творчество. Образование в области информатики не может сделать кого-либо опытным программистом, так же как изучение кистей и пигментов не может сделать кого-то опытным художником. Как вы уже знаете, есть разница между знанием пути и идущим по нему; Крайне важно засучить рукава и запачкать руки исходным кодом ядра. Наконец, с вашими таким образом полученными знаниями ядра, куда бы вы ни пошли, вы будете сиять.

Незрелые кодеры подражают; зрелые кодеры воруют; плохие кодеры портят то, что они берут, а хорошие кодеры делают из этого что-то лучшее или, по крайней мере, что-то другое. Хороший кодер спаивает свою кражу в единое чувство, совершенно отличное от того, из которого она была вырвана.

Видео-лекции о рецептах ядра

linux-0.11
├── boot
│   ├── bootsect.s      head.s      setup.s
├── fs
│   ├── bitmap.c    block_dev.c buffer.c        char_dev.c  exec.c
│   ├── fcntl.c     file_dev.c  file_table.c    inode.c     ioctl.c
│   ├── namei.c     open.c      pipe.c          read_write.c
│   ├── stat.c      super.c     truncate.c
├── include
│   ├── a.out.h     const.h     ctype.h     errno.h     fcntl.h
│   ├── signal.h    stdarg.h    stddef.h    string.h    termios.h
│   ├── time.h      unistd.h    utime.h
│   ├── asm
│   │   ├── io.h    memory.h    segment.h   system.h
│   ├── linux
│   │   ├── config.h    fdreg.h fs.h    hdreg.h     head.h
│   │   ├── kernel.h    mm.h    sched.h sys.h       tty.h
│   ├── sys
│   │   ├── stat.h      times.h types.h utsname.h   wait.h
├── init
│   └── main.c
├── kernel
│   ├── asm.s       exit.c      fork.c      mktime.c    panic.c
│   ├── printk.c    sched.c     signal.c    sys.c       system_calls.s
│   ├── traps.c     vsprintf.c
│   ├── blk_drv
│   │   ├── blk.h   floppy.c    hd.c    ll_rw_blk.c     ramdisk.c
│   ├── chr_drv
│   │   ├── console.c   keyboard.S  rs_io.s
│   │   ├── serial.c    tty_io.c    tty_ioctl.c
│   ├── math
│   │   ├── math_emulate.c
├── lib
│   ├── close.c  ctype.c  dup.c     errno.c  execve.c  _exit.c
│   ├── malloc.c open.c   setsid.c  string.c wait.c    write.c
├── Makefile
├── mm
│   ├── memory.c page.s
└── tools
    └── build.c

1. Начальный уровень с исходным кодом Linux 0.11 (менее 20 000 строк исходный код). После 20 лет разработки, по сравнению с Linux 0.11, Linux стал очень большим, сложным и трудным для изучения. Но концепция дизайна и основная структура не претерпели принципиальных изменений. Изучение Linux 0.11 по-прежнему имеет важное практическое значение.
2. Обязательное чтение для хакеров ядра => Linux_source_dir/Documentation/*
3. Вы должны быть подписаны и активны хотя бы в одном списке рассылки ядра. Начните с новичков в ядре.
4. Вам не нужно читать весь исходный код. Как только вы ознакомитесь с API ядра и его использованием, начните непосредственно с исходного кода интересующей вас подсистемы. Вы также можете начать с написания собственных модулей plug-n-play для экспериментов с ядром.
5. Разработчики драйверов устройств выиграют, если у них будет собственное выделенное оборудование. Начните с Raspberry Pi.