Разработка ядра Linux - Роберт Лав

Например, допустим, что необходимо выяснить на сколько часто происходит событие foo и событие bar. В файле исходного кода, в идеале там, где соответствующие события возникают, вводится две глобальные переменные.

unsigned long foo_stat = 0;

unsigned long bar_stat = 0;

Как только наступает интересующее событие, значение соответствующей переменной увеличивается на единицу. Эти переменные могут быть экспортированы как угодно. Например, можно создать интерфейс к ним через файловую систему /proc, или написать свой системный вызов. Наиболее просто прочитать их значение с помощью отладчика.

Следует обратить внимание, что такой подход принципиально не безопасен на SMP машине. В идеале необходимо использовать атомарные переменные. Однако, для временной статистики, которая необходима только для отладки, никакой защиты обычно не требуется.

Ограничение частоты следования событий при отладке

Часто необходимо встроить в код отладочные проверки (с соответствующими функциями вывода информации), чтобы визуально производить мониторинг проблемы. Однако, в ядре некоторые функции вызываются по много раз в секунду. Если в такую функцию будет встроен вызов функции printk(), то системная консоль будет перегружена выводом отладочных сообщений и ее будет невозможно использовать.

Для предотвращения такой проблемы существует два сравнительно простых приема. Первый — ограничение частоты следования событий — очень полезен, когда необходимо наблюдать, как развивается событие, но частота возникновения события очень большая. Чтобы ограничить поток отладочных сообщений, эти сообщения выводятся только раз в несколько секунд, как это показано в следующем примере.

static unsigned long prev_jiffy = jiffies; /* ограничение частоты */

if (time_after(jiffies, prev_jiffy + 2*HZ)) {

 prev_jiffy = jiffies;

 printk(KERN_ERR "blah blah blahn");

}

В этом примере отладочные сообщения выводятся не чаще, чем один раз в две секунды. Это предотвращает перегрузку консоли сообщениями и системой можно нормально пользоваться. Частота вывода может быть большей, или меньшей, в зависимости от требований.

Вторая ситуация имеет место, когда необходимо замечать любые появления события. В отличие от предыдущего примера нет необходимости выполнять мониторинг развития событий. А только получить сообщение о том, что что-то произошло. Вероятно это уведомление необходимо получить один, или два раза. Проблема возникает в том случае, если проверка, которая после того, как сработала один раз, начинает срабатывать постоянно. Решением в данном случае будет не ограничение частоты, а ограничение общего количества повторений.

static unsigned long limit = 0;

if (limit < 5) {

 limit++;

 printk(KERN_ERR "blah blah blahn");

}

В этом примере количество отладочных сообщений ограничено числом пять. После пяти сообщений условие всегда будет ложно.

В обоих примерах переменные должны быть статическими (static) и локальными по отношению к той функции, где используются. Это позволяет использовать одинаковые имена переменных в разных функциях.

Ни один из этих примеров не рассчитан на SMP, или преемптивность, хотя очень легко перейти к атомарным операциям и сделать их безопасными для использования и в этих случаях. Однако, честно говоря, это всего лишь отладочный код, поэтому зачем нужны лишние проблемы?

Нахождение исполняемых образов с изменениями приводящими к ошибкам

Обычно полезно знать, в какой версии исходных кодов ядра появился дефект. Если известно, что дефект появился в версии 2.4.18, но его не было в версии 2.4.17, то сразу появляется ясная картина изменений, которые привели к появлению ошибки. Исправление ошибки сводится к обратным изменениям, или другим исправлениям измененного кода.

Однако, чаще оказывается неизвестным в какой версии появился дефект. Известно, что проблема проявляется в текущей версии ядра, и кажется, что она всегда была в текущей версии. Хотя это и требует некоторой исследовательской работы, но приложив небольшие усилия можно найти изменения, которые привели к ошибкам. Если известны эти изменения, то до исправления ошибки уже недалеко.

Для того, чтобы начать, необходима четко повторяемая проблема. Желательно, чтобы проблема проявлялась сразу же после загрузки системы. Далее необходимо гарантированно работающее ядро. Вероятно, это ядро уже известно. Например, может оказаться, что пару месяцев назад ядро работало нормально, поэтому стоит взять ядро того времени. Если это не помогает, то можно воспользоваться еще более старой версией. Такой поиск ядра без дефекта должен быть не сложным, если, конечно, дефект не существовал всегда.

Далее, необходимо ядро, в котором гарантированно есть дефект. Для облегчения поиска следует воспользоваться наиболее ранней версией ядра, в которой есть дефект. После этого начинается поиск исполняемого образа, в котором появилась ошибка. Рассмотрим пример. Допустим, что последнее ядро, в котором не было ошибки — 2.4.11, а последнее с ошибкой — 2.4.20. Начинаем с версии ядра, которая находится посредине — 2.4.15. Проверяем версию 2.4.15 на наличие ошибки. Если версия 2.4.15 работает, значит ошибка появилась в более поздней версии. Следует попробовать версию между 2.4.15 и 2.4.20, скажем версию 2.4.17. С другой стороны, если версия 2.4.15 не работает, то тогда ясно, что ошибка появилась в более ранней версии, и следует попробовать версию, скажем 2.4.13. И так далее.

В конце концов проблема сужается до двух ядер — одно с дефектом, а другое — без. В таком случае есть ясная картина изменений, которые привели к проблеме.

Такой подход избавляет от необходимости проверять ядра всех версий!

Если ничто не помогает — обратитесь к сообществу

Возможно, вы уже испробовали все, что знали. Вы просидели за клавиатурой несчетное количество часов, и даже дней, а решение все еще не найдено. Если проблема в основном ядре Linux, то всегда можно обратиться за помощью к людям из сообщества разработчиков ядра.

Короткое, но достаточно детальное описание проблемы вместе с вашими находками, посланное в список рассылки разработчиков ядра по электронной почте, может помочь отыскать решение. В конце концов, дефектов никто не любит.

Глава 20, "Заплаты, разработка и сообщество" специально посвящена сообществу разработчиков ядра и его основному форуму — списку рассылки разработчиков ядра Linux (Linux Kernel Mail List, LKML).

Глава 19

Переносимость

Linux — переносимая операционная система, которая поддерживает большое количество различных компьютерных аппаратных платформ. Переносимость— это свойство, которое указывает, насколько легко можно перенести код, который выполнялся на одной аппаратной платформе, для выполнения на другой аппаратной платформе (если вообще это возможно). Известно, что ОС Linux является переносимой операционной системой, поскольку ее уже перенесли (портировали) на большое количество различных аппаратных платформ. Тем не менее переносимость не возникает сама по себе, для выполнения она требует большого количества проектных решений. Сегодня процесс перенесения ОС Linux на другую аппаратную платформу достаточно прост (в относительном смысле, конечно). В этой главе рассказывается о том, как писать переносимый код, — вопрос, о котором всегда необходимо помнить при написании нового кода ядра или драйверов устройств.

Некоторые операционные системы специально разрабатываются с учетом требований переносимости как главного свойства. По возможности минимальное количество кода выполняется зависимым от аппаратуры. Разработка на языке ассемблера сводится к минимуму, а интерфейсы и свойства выполняются принципиально общими и абстрактными, чтобы иметь возможность работать на различных аппаратных платформах. Очевидным преимуществом в этом случае является легкость поддержки новой аппаратной платформы. В некоторых случаях простые операционные системы с высокой переносимостью могут быть нормированы на новую аппаратную платформу только путем изменения нескольких сотен строк специфичного кода. Недостаток такого подхода состоит в том, что не используются специфические свойства аппаратной платформы и код не может быть в ручную оптимизирован под конкретную машину. Переносимость ставится выше оптимальности. Примером операционных систем с высокой переносимостью могут быть Minix, OpenBSD и многие исследовательские системы.

С противоположной стороны можно поставить операционные системы, в которых оптимизация кода выполняется в ущерб переносимости. Код, по возможности, пишется на языке ассемблера или специфические свойства аппаратных платформ используются каким-либо другим образом. Свойства ядра разрабатываются на основании свойств аппаратной платформы. В этом случае перенос операционной системы на другую аппаратную платформу сводится к написанию ядра с нуля. Оптимальность выполняется в ущерб переносимости. Примером таких систем могут быть DOS и Windows 9x. Сегодня таким системам нет необходимости иметь более оптимальный код, чем переносимым операционным системам, однако они предоставляют возможность в максимальной степени использовать ручную оптимизацию кода.