Linux Aygıt Sürücüleri için Güvenli Port Ayırtılması

ArticleCategory:

AuthorImage:

TranslationInfo:

original in en Dr. B. Thangaraju

en to tr Özden Akıncı

en to tr Onan Görel

AboutTheAuthor:

Abstract:

ArticleIllustration

ArticleBody:

Giriş

Kaynaklar; I/O portları, hafıza ve IRQ hatlarıdır. Bu makalede I/O alt sistemlerinin temelleri ve I/O portları ile bağlantılı kaynakların paylaşımının önemi anlatılacaktır. Ayrıca, makalede aygıttan nasıl port adresi alınacağı ve port adresinin nasıl boş bırakılacağı da açıklanacaktır.

Portlar, buslar ve aygıt kontrolörleri gibi basit donanım elemanları bir çeşit I/O aygıtlarıdır. Aygıt sürücüleri, sisteme işletim sistemi ve uygulamalar arasında standart bir arayüzü sağlamakla birlikte; bir aygıtın I/O alt sistemin arayüzüne erişimini de gösterir. Bilgisayara eklenen pek çok çeşitte aygıt mevcuttur. Örneğin; depolama aygıtları (diskler, teypleri CD-ROM ve disketler), insan arayüz cihazları (klavye, fare ve ekran), ver iletim cihazları (modemler ve ağ kartları). Çok fazla çeşitte I/O aygıtları olmasına rağmen, bizim sadece aygıtların nasıl bağlandıklarını ve yazılımın, donanımı nasıl kontrol edebildiğini anlamamız yeterli olacaktır.

Temel Kavram

Bir aygıt elektronik bölüm ve mekanik bölüm olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Elektronik bölüme aygıt kontrolörü denir. Kontrolör, sisteme sistem hattı (bus) aracılığı ile bağlanır. Tipik olarak, çakışmayan port adreslerinin ayarlanmaları her bir kontrolöre bağlanarak yapılır. I/O portları durum, kontrol, veri girişi ve veri çıkışı diye adlandırılan dört parça kayıttan oluşmaktadır. Durum kaydı host tarafından okunabilen bitlerden oluşur. Kontrol kaydı ise, host tarafından bir komuta başlamak için veya aygıtın modunu değiştirmek için yazılır. Ayrıca, veri girişi kaydı veri almak için ve veri çıkışı kaydı da sistem dışına veri yollamak için kullanılır.

İşlemci ve bir aygıt arasındaki temel arayüz kontrol ve durum kayıtlarıyla belirlenir. İşlemci bir program çalıştırdığı ve aygıtla ilgili bir hesaplamaya geçtiği zaman, aygıta uygun komutları çalıştırır. Kontrolör istenilen davranışların kontrolünü yapar ve sonra durum kaydı içindeki uygun bitleri ayarlar ve bekler. Operasyonun bitimine kadar aygıtın durumunun belli aralıklarla kontrol edilmesi işlemcinin sorumluluğundadır. Mesela, yazıcı tarafından kullanılan paralel port sürücüsü, normalde yazıcının çıktı kabul edip edemeyeceğine bakar. Eğer yazıcı hazır değilse sürücü bir süreliğine uyur ( bu süre içersinde işlemci bazı işe yarar işlemler yapabilir). Daha sonra sürücü, yazıcı hazır olana kadar tekrar dener. Bu işlemler sistemin performansını arttıracaktır. Aksi taktirde sistem, hiçbir şey yapmadan bekleyecektir.

Kayıtlar I/O uzayında belirli adreslere sahiptirler. Bu adresler genellikle sistemin açınım zamanında (boot time) belirlenirler. Açınım zamanında konfigürasyon dosyası içerisinde bulunan parametreler kullanılarak sistem inşa edilir. Herhangi bir aygıt eklenmesi ihtimaline karşı, her bir aygıt için belli adres aralıkları ayrılmış olmalıdır. Yani, çekirdek var olan aygıtlar için sürücüler içerir. Aygıt için ayrılmış olan I/O aralıkları proc dizini altında saklanır. Sisteminizde mevcut olan aygıtların port adres aralıklarını $cat /proc/interrupts. Çıktının ilk sütunu port aralığını, ikinci sütunu ise aygıtın sahip olduğu portu gösterir. İşletim sistemlerinin bazıları, sistem çalıştığında aygıt sürücü modüllerini dinamik olarak yükleme özelliğine sahiptirler. Yani sistem çalışırken, sisteme herhangi bir yeni aygıt eklenebilir ve dinamik olarak eklenen bu aygıt, aygıt sürücü modülü tarafından kontrol edilip sisteme kabul edilebilir.

Aygıt sürücüsü kavramı oldukça karmaşık ve soyut bir kavramdır. Bu bilgisayarın yazılımı üzerinde en alt seviyede çalışır. Çünkü aygıt sürücü kavramı tamamen aygıtın donanım özelliklerine bağlıdır. Tüm aygıt sürücüleri basit aygıt türlerine göre düzenlenmiştir. Bu türler karakter, blok veya ağ (network) olabilirler. Eğer herhangi bir uygulama bir aygıta ihtiyaç duyuyorsa; çekirdek uygun aygıt sürücüsüyle iletişime geçer. Sonra, sürücü uygun komutları aygıt üzerinde uygular. Aslında aygıt sürücüsü bir çeşit fonksiyonlar serisidir. Bu fonksiyonlar aç, kapat, oku, yaz, ioctl ve llseek gibi kavramları içerirler. Modülünüzü yerleştirdiğiniz zaman, init_module( ) fonksiyonu çağrılır ve modül çıkarıldığı zaman cleanup_module( ) fonksiyonu çağrılır. Aygıt kaydı, init_module( ) içerisindeki aygıt sürücüne yapılır.

Aygıt init_module( ) içerisine kaydedildikten sonra I/O portları, hafıza ve IRQ satırları gibi aygıt kaynakları da kendiliğinden init_module( ) 'e yerleşirler. Bunlar sürücünün aygıtı düzgün çalıştırması için gereklidir. Eğer aygıt için yanlış bir hafıza adresi atarsanız; çekirdek segmentation fault şeklinde hata mesajı verecektir. I/O portlarında yapılan herhangi bir hatada ise, çekirdek tarafından wrong I/O port şeklinde bir mesaj verilmeyecektir ve bu yanlış port atanması sonucunda sistemde var olan aygıtlar arasında bir çakışmaya neden olacaktır. Modulü çıkardığınız zaman, ana numaralar serbest kalır ve aygıt kaydı silinir. Böylece cleanup_module( ) fonksiyonu ile kaynaklar boş kalır.

Aygıt sürücülerinin en sık yaptıkları iş ise I/O portlarını okumak ve yazmaktır. Bundan dolayı, sürücünüz port adreslerinin uygun aygıt tarafından kullanıldığından emin olması gerekir. Sürücü bundan emin olmak için önce hangi adreslerin kullanılıp kullanılmadığını belirler: sürücü kullanımda olmayan adresleri bulur ve çekirdekten aygıtı için uygun adres aralığını belirlemesini ister.

Güvenli Port Tahsisindeki Açıklar

İlk önce,aygıt için uygun port aralığının olup olmadığı aşağıdaki kod ile araştırılır.

int check_region (unsigned long start, unsigned long len);

Port kullanılabilir ise bir defada request_region fonksiyonu hem kontrol hem tahsisat aynı anda yapılabilir.

struct resource *request_region (unsigned long start, unsigned long len, char *name);

 
struct resource { 
        const char *name;  
        unsigned long start, end;  
        unsigned long flags; 
        struct resource *parent, *sibiling, *child;   
};  

void release_region ( unsigned long start, unsigned long len);

#include <linux/fs.h.>
#include <linux/ioport.h.>

struct file_operations fops;
unsigned long start, len;

int init_module (void) 
{
 int status;
 start = 0xff90; 
 len   = 0x90;

 register_chrdev(254,"your_device",&fops);

 status =  check_region (start, len);
 if (status == 0) { 
     printk ("The ports are availave in that range\n");   
     request_region(start,len,"your_device");
 } else {
     printk ("The ports are already in use. Try other range.\n");
     return (status);
 }
 return 0;
}

void cleanup_module (void) 
{
 release_region(start, len);
 printk ("ports are freed successfully\n");
 unregister_chrdev(254,"your_device");}
 printk (" your device is unregistered\n"); 
}