فلش‌کارت‌های آموزشی صفر تا صد نوشتن درایور دستگاه در لینوکس (بر اساس کتاب Writing a UNIX device driver)

🎓 دوره آموزشی جامع

📚 اطلاعات دوره

عنوان دوره: دوره صفر تا صد نوشتن درایور دستگاه در لینوکس (بر اساس کتاب Writing a UNIX device driver)

موضوع کلی: برنامه‌نویسی سیستم و درایورها

موضوع میانی: درایورهای دستگاه در سیستم‌عامل یونیکس

📋 سرفصل‌های دوره

• 1. چیستی و چرایی درایورهای دستگاه در لینوکس
• 2. معماری کرنل لینوکس: فضای کاربر و فضای کرنل
• 3. نقش درایور دستگاه در سیستم‌عامل
• 4. محیط توسعه: کامپایلر، کرنل سورس و ابزارها
• 5. تنظیم کرنل برای توسعه و اشکال‌زدایی
• 6. مقدمه‌ای بر ماژول‌های قابل بارگذاری کرنل (LKM)
• 7. توابع entry و exit ماژول (init_module, cleanup_module)
• 8. ساختار Makefile برای کامپایل ماژول‌ها
• 9. بارگذاری، حذف و بررسی وضعیت ماژول (insmod, rmmod, lsmod)
• 10. انتقال پارامتر به ماژول‌ها از طریق ماژول‌پرم (module_param)
• 11. نمونه عملی: ماژول "Hello World" در کرنل
• 12. معرفی انواع دستگاه‌ها: کاراکتری، بلوکی، شبکه
• 13. مفاهیم Major و Minor Numbers برای شناسایی دستگاه‌ها
• 14. ثبت و لغو ثبت درایور کاراکتری (cdev_alloc, cdev_add)
• 15. ساختار file_operations: رابط اصلی بین کاربر و درایور
• 16. پیاده‌سازی تابع open برای شروع ارتباط
• 17. پیاده‌سازی تابع release برای پایان ارتباط
• 18. پیاده‌سازی تابع read برای خواندن داده از دستگاه
• 19. پیاده‌سازی تابع write برای نوشتن داده به دستگاه
• 20. ساخت گره دستگاه با mknod و مدیریت با udev
• 21. اصول مدیریت حافظه در فضای کرنل لینوکس
• 22. تخصیص حافظه کوچک با kmalloc و kfree
• 23. تخصیص حافظه در صفحات (Page Allocator)
• 24. نقشه‌برداری حافظه بین کاربر و کرنل (mmap در درایور)
• 25. DMA (Direct Memory Access): انتقال مستقیم حافظه
• 26. تخصیص حافظه بافر DMA برای دستگاه‌ها
• 27. توابع copy_to_user و copy_from_user
• 28. استفاده از vmalloc برای تخصیص حافظه‌های بزرگ غیرپیوسته
• 29. مفاهیم همزمانی و چالش‌های آن در کرنل
• 30. Race Conditions و Deadlocks
• 31. Mutex ها: قفل‌های انحصاری برای بخش‌های بحرانی
• 32. Spinlock ها: قفل‌های سریع برای پردازنده‌های چندگانه
• 33. تفاوت‌های کلیدی بین Mutex و Spinlock
• 34. Semaphore ها: کنترل دسترسی به منابع با شمارنده
• 35. Wait Queues: مکانیزم تعلیق و بیداری فرآیندها
• 36. عملیات اتمیک (Atomic Operations) برای متغیرهای ساده
• 37. Sequence Locks (Seqlocks) برای خواندن و نوشتن سریع
• 38. RCU (Read-Copy Update) برای خوانندگان پرتعداد
• 39. غیرفعال کردن وقفه برای همگام‌سازی محلی
• 40. غیرفعال کردن Preemption برای حفظ زمینه اجرا
• 41. مفاهیم پایه Interrupt Request (IRQ) و Interrupt Handler
• 42. ثبت هندلر وقفه با request_irq
• 43. آزاد کردن هندلر وقفه با free_irq
• 44. مدیریت وقفه‌های مشترک (Shared IRQs)
• 45. جداسازی کار وقفه: Top Half و Bottom Half
• 46. Softirq ها: پردازش سریع و زمان‌بندی شده
• 47. Tasklet ها: ابزاری ساده‌تر برای Bottom Half
• 48. Workqueue ها: پردازش در زمینه فرآیند برای کارهای طولانی
• 49. مقایسه Softirq، Tasklet و Workqueue
• 50. مثال عملی: هندلینگ وقفه از یک دستگاه GPIO
• 51. مفاهیم Jiffies و HZ در کرنل لینوکس
• 52. توابع تأخیر: udelay، mdelay، msleep
• 53. تایمرهای کرنل (Kernel Timers) برای زمان‌بندی یکباره
• 54. تایمرهای با رزولوشن بالا (HRTimers) برای دقت بیشتر
• 55. مکانیزم sleep و wake_up در درایورها
• 56. سیستم‌کال ioctl: رابط کنترل دستگاه سفارشی
• 57. تعریف فرمان‌های ioctl و نحوه استفاده از آن‌ها
• 58. مدیریت پرچم‌های باز کردن (مانند O_NONBLOCK)
• 59. پیاده‌سازی I/O غیرمسدودکننده (Non-blocking I/O)
• 60. پیاده‌سازی توابع poll و select/epoll
• 61. I/O ناهمگام (Asynchronous I/O) با سیگنال‌های کرنل
• 62. استفاده از بافرهای حلقوی (Circular Buffers) در درایورها
• 63. مجازی‌سازی فایل‌سیستم‌ها: procfs و debugfs برای اطلاعات درایور
• 64. مدیریت داده‌های با حجم بالا و جریان داده‌ها
• 65. معرفی مدل دستگاه لینوکس (Linux Device Model)
• 66. نقش kobject و kset در مدل دستگاه
• 67. مفاهیم Bus ها، Devices و Drivers در مدل
• 68. Sysfs: فایل‌سیستم مجازی برای نمایش مدل دستگاه
• 69. ایجاد و مدیریت فایل‌ها در Sysfs برای کنترل درایور
• 70. تعامل udev با Sysfs برای ایجاد خودکار گره دستگاه
• 71. مثال عملی: ایجاد یک دستگاه مجازی با قابلیت‌های Sysfs
• 72. استفاده از printk برای پیغام‌دهی در کرنل
• 73. سطوح پیغام‌دهی printk و کاربرد آن‌ها
• 74. اشکال‌زدایی با KGDB: اتصال دیباگر به کرنل
• 75. Tracepoints و ftrace برای ردیابی عملکرد کرنل
• 76. تحلیل Kernel Oops و Panic
• 77. استفاده از ابزارهای Perf و Systemtap
• 78. مقدمه‌ای بر رابط‌های گذرگاه سخت‌افزاری
• 79. درایورهای PCI: شناسایی و پیکربندی دستگاه‌ها
• 80. دسترسی به Configuration Space دستگاه‌های PCI
• 81. نقشه‌برداری Memory-Mapped I/O (MMIO) و Port I/O
• 82. مدیریت وقفه‌های PCI
• 83. درایورهای USB: مفاهیم Endpoint و Descriptor
• 84. انواع انتقال داده در USB: Control, Bulk, Interrupt, Isochronous
• 85. پیاده‌سازی درایور USB برای یک دستگاه ساده
• 86. Platform Drivers و Device Tree
• 87. I2C و SPI: پروتکل‌های ارتباطی سریال
• 88. مروری بر درایورهای ACPI و SMMU
• 89. مقدمه‌ای بر درایورهای بلوکی و عملکرد آن‌ها
• 90. درایورهای شبکه: مفاهیم Netdev و ارسال/دریافت بسته‌ها
• 91. Virtual File System (VFS) و تعامل آن با درایورها
• 92. فشرده‌سازی و رمزنگاری در درایورها
• 93. درایورهای مجازی (Dummy Drivers) برای تست
• 94. بهینه‌سازی کارایی و پهنای باند در درایور
• 95. مباحث امنیتی در توسعه درایورهای کرنل
• 96. کار با Device Tree برای پیکربندی سخت‌افزاری
• 97. معرفی ابزارهای مدرن‌تر توسعه درایور (مانند libgpiod)
• 98. برنامه‌نویسی درایور برای معماری‌های مختلف (ARM, x86)
• 99. بررسی چالش‌های واقعی در توسعه درایور
• 100. آینده برنامه‌نویسی درایورها و روندهای جدید