Основы программирования в ядре операционной системы GNU/Linux

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана
В.А. Крищенко, Н.Ю. Рязанова
ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
В ЯДРЕ ОПЕРАЦИОННОЙ
СИСТЕМЫ GNU/LINUX
Рекомендовано Научно-методическим советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия
Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2010

УДК 681.326(075.8)
ББК 22.18
K82
Рецензенты: Г.В. Зеленко, С.Б. Ткачев
K82
Крищенко В. А.
Основы программирования в ядре операционной системы
GNU/Linux : учеб. пособие / В.А. Крищенко, Н.Ю. Рязанова. –
М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. – 34, [2] с. : ил.
В пособии описаны основы создания программного кода, работающего в режиме ядра операционной системы GNU/Linux. Рассмотрены основы организации ядра Linux, создания подключаемых к ядру
модулей, внесения изменений в исходный код ядра, его сборка и установка. Освещены вопросы синхронизации в ядре, выделения памяти
и создания динамических структур данных, перехвата событий ядра,
приемы отладки кода ядра, а также способы обмена данными между
прикладными программами и ядром операционной системы.
Для студентов 3-го курса, специализирующихся по кафедре «Программное обеспечение ЭВМ и информационные технологии» МГТУ
им. Н.Э. Баумана.
УДК 681.326(075.8)
ББК 22.18
c
⃝МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010

ВВЕДЕНИЕ
Создание программного кода, работающего в ядре любой операционной системы, является специфической задачей.
В данном учебном пособии изложены основные сведения, необходимые для программирования в ядре операционной системы
GNU/Linux. Предполагается, что читатель знает язык программирования Си [1] и имеет общее представление об интерпретаторе
командной строки и основных служебных программах GNU1, компиляторе GNU C и системе сборки GNU Make, знаком с основными
понятиями из теории операционных систем [2] и unix-подобными
операционными системами [3].
В пособии рассматривается операционная система GNU/Linux
в вариантах Debian или Ubuntu. Примеры программ, приведенные
в пособии, работоспособны для версии ядра Linux 2.6.26 и версии
дистрибутива Debian GNU/Linux 5.0.
Для более детального изучения программирования в ядре можно использовать работы [4—8].
Несмотря на разнообразие посвященной ядру Linux литературы, единственным заведомо актуальным источником информации
о ядре являются исходные коды используемой версии ядра в силу
постоянного изменения внутренних структур данных ядра и заголовков функций.
Для ядра Linux практически не существует какой-либо программной документации, отличной от самих исходных кодов ядра
с комментариями и содержимого каталога Documentation в архиве
ядра. Для удобного поиска как мест определения, так и мест использования различных глобальных символов (функций, макросов,
1Документация по средствам разработки GNU:
http://www.gnu.org/manual.
3

типов данных и глобальных переменных) может применяться специализированная поисковая система Cross Reference2 по исходным
кодам ядра Linux. Имена команд, файлов и каталогов, функций, а
также фрагменты исходного кода выделены в тексте пособия моноширным шрифтом. Команды, вводимые пользователям, начинаются с символа-приглашения: $ make install
2Находится по адресу: http://lxr.linux.no/linux.