Console Drivers

콘솔 드라이버의 두 유형

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Linux 커널에는 일반적으로 두 종류의 콘솔 드라이버가 있습니다. 첫 번째 유형은 부팅 과정에서 커널이 모든 가상 콘솔에 할당합니다. 이 문서에서는 이를 '시스템 드라이버'라고 부릅니다. 시스템 드라이버는 하나만 존재할 수 있고 영속적이어서 언로드할 수 없지만, 비활성 상태가 될 수는 있습니다.

두 번째 유형은 명시적으로 로드하고 언로드해야 하며, 이 문서에서는 '모듈식 드라이버'라고 부릅니다. 여러 모듈식 드라이버가 동시에 존재하면서 시스템 드라이버를 포함한 다른 드라이버와 콘솔을 나눠 사용할 수 있습니다.

다만 모듈식 드라이버는 다른 모듈식 드라이버가 현재 점유한 콘솔을 넘겨받을 수 없고, 시스템 드라이버가 점유한 콘솔만 넘겨받을 수 있습니다. 예외적으로 `do_take_over_console()`을 호출하는 드라이버는 점유 중인 드라이버 유형과 관계없이 인계에 성공합니다. 모듈식 드라이버가 콘솔에서 해제되면 시스템 드라이버가 다시 콘솔을 넘겨받습니다.

등록, 인계와 해제 API

프로그래머 관점에서 모듈식 드라이버는 다음 함수를 호출해야 합니다. `do_take_over_console()`은 드라이버를 로드해 콘솔 계층에 바인딩하고, `give_up_console()`은 드라이버를 언로드합니다. 후자는 드라이버가 완전히 언바인드된 경우에만 동작합니다.

do_take_over_console() - load and bind driver to console layer
give_up_console() - unload driver; it will only work if driver
                    is fully unbound

더 새로운 커널에서는 콘솔 드라이버를 등록하거나 등록 해제하는 다음 함수도 사용할 수 있습니다.

do_register_con_driver()
do_unregister_con_driver()

vtconsole sysfs 인터페이스

sysfs가 활성화돼 있으면 `/sys/class/vtconsole`의 내용을 살펴볼 수 있습니다. 이 디렉터리는 현재 시스템에 등록된 콘솔 백엔드를 보여 줍니다. 백엔드 이름은 `vtcon<n>` 형식이며, `<n>`은 0부터 15까지의 정수입니다.

ls /sys/class/vtconsole
.  ..  vtcon0  vtcon1

`/sys/class/vtconsole`의 각 디렉터리에는 `bind`, `name`, `uevent` 세 파일이 있습니다.

ls /sys/class/vtconsole/vtcon0
.  ..  bind  name  uevent

`bind`는 읽기와 쓰기가 가능한 파일입니다. 읽으면 드라이버의 바인딩 상태를 표시하고, 값을 쓰면 드라이버를 가상 콘솔에 바인딩하거나 가상 콘솔에서 언바인드합니다.

0
  - means the driver is not bound and if echo'ed, commands the driver
    to unbind

1
  - means the driver is bound and if echo'ed, commands the driver to
    bind

`0`은 드라이버가 바인딩되지 않았음을 뜻하며, 이 값을 쓰면 드라이버를 언바인드하라는 명령이 됩니다. `1`은 드라이버가 바인딩됐음을 뜻하며, 이 값을 쓰면 드라이버를 바인딩하라는 명령이 됩니다.

`name`은 읽기 전용 파일이며 정해진 형식으로 드라이버 이름을 보여 줍니다.

cat /sys/class/vtconsole/vtcon0/name
(S) VGA+

`(S)`는 직접 바인딩 또는 언바인딩을 명령할 수 없는 시스템 드라이버를 뜻하고, `VGA+`는 드라이버 이름입니다.

cat /sys/class/vtconsole/vtcon1/name
(M) frame buffer device

이 예에서 `(M)`은 직접 바인딩 또는 언바인딩을 명령할 수 있는 모듈식 드라이버를 뜻합니다. `uevent` 파일은 이 문서에서는 무시합니다.

언바인딩할 때는 먼저 모듈식 드라이버를 분리한 다음, 시스템 드라이버가 비워진 콘솔을 넘겨받습니다. 반대로 바인딩하면 현재 시스템 드라이버가 점유한 콘솔에 해당 드라이버가 연결됩니다.

바인딩 조건과 활용

참고 1: 콘솔 드라이버 바인딩과 언바인딩 기능은 Kconfig에서 선택해야 합니다. 설정 경로는 다음과 같습니다.

Device Drivers ->
    Character devices ->
            Support for binding and unbinding console drivers

참고 2: 가상 콘솔 중 하나라도 `KD_GRAPHICS` 모드에 있으면 바인딩이나 언바인딩이 성공하지 않습니다. 콘솔을 `KD_GRAPHICS`로 설정하는 응용 프로그램의 예로 X가 있습니다.

이 기능은 콘솔 드라이버 개발자에게 특히 유용합니다. 드라이버를 콘솔 계층에서 언바인드하면 커널을 재부팅하지 않고도 드라이버를 언로드하고, 수정하고, 다시 컴파일하고, 재로드한 뒤 재바인딩할 수 있습니다.

일반 사용자도 이 기능으로 framebuffer 콘솔과 VGA 콘솔 사이를 전환할 수 있습니다. 자세한 내용은 `Documentation/fb` 아래의 `fbcon.txt`를 참고하십시오.

개발자 참고 사항

`do_take_over_console()`의 기능은 이제 다음 두 함수로 나뉘었습니다.

do_register_con_driver()
do_bind_con_driver() - private function

`do_bind_con_driver()`는 비공개 함수입니다. `give_up_console()`은 `do_unregister_con_driver()`를 감싸는 래퍼이며, 이 호출이 성공하려면 드라이버가 완전히 언바인드돼 있어야 합니다. `con_is_bound()`로 드라이버의 바인딩 여부를 확인할 수 있습니다.

콘솔 드라이버 작성 지침

콘솔과의 바인딩 및 언바인딩이 올바르게 동작하려면 콘솔 드라이버는 다음 지침을 따라야 합니다.

1. 시스템 드라이버를 제외한 모든 드라이버는 `do_register_con_driver()` 또는 `do_take_over_console()`을 호출해야 합니다. `do_register_con_driver()`는 드라이버를 콘솔의 내부 목록에 추가할 뿐 콘솔을 넘겨받지는 않습니다. 이름이 뜻하듯 `do_take_over_console()`은 등록과 함께 콘솔을 넘겨받거나 콘솔에 바인딩합니다.

2. `con->con_init()`에서 할당한 모든 자원은 `con->con_deinit()`에서 해제해야 합니다.

3. `con->con_startup()`에서 할당한 모든 자원은 이전에 바인딩됐던 드라이버가 언바인드될 때 해제해야 합니다. 콘솔 계층에는 `con->con_startup()`에 대응하는 호출이 없으므로, 자원을 해제해도 되는 시점을 드라이버가 직접 확인해야 합니다.

`con->con_deinit()`에서 `con_is_bound()`를 호출하면 이 판단에 도움이 됩니다. 호출 결과가 `false()`이면 자원을 해제해도 안전합니다. 드라이버 재바인딩 요청이 오면 `con->con_startup()`이 다시 호출될 수 있으므로 이 할당과 해제의 균형을 반드시 보장해야 합니다.

4. 드라이버가 종료될 때 완전히 언바인드됐는지 확인해야 합니다. 조건을 만족하면 드라이버는 `do_unregister_con_driver()` 또는 `give_up_console()`을 호출해야 합니다.

5. 드라이버가 콘솔 요청을 처리할 수 없게 된 경우에도 `do_unregister_con_driver()`를 호출할 수 있습니다. 예를 들어 framebuffer 콘솔이 갑자기 자신의 드라이버를 모두 잃은 경우가 이에 해당합니다.

현재의 콘솔 드라이버들은 계속 올바르게 동작해야 하지만 바인딩하거나 언바인딩할 때 문제가 생길 수 있습니다. 최소한의 수정으로 이 드라이버들이 올바르게 동작하도록 만들 수 있습니다. 원문 작성자는 Antonino Daplas `<adaplas@pol.net>`입니다.