QUESTION
cdev와 /dev 파일 경계 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?
Barebox shell에서 path로 장치를 다룰 수 있는 이유가 이 경계다. cdev offset/size와 partition child cdev의 상대 주소 계산을 확인한다.
파일 offset과 cdev 상대 offset을 block/byte 단위 혼동 없이 driver callback에 전달해야 한다. 이 문장을 기준으로 코드를 위에서 아래로 읽으면, 함수 이름을 외우는 대신 어느 시점에 어떤 상태를 신뢰할 수 있는지 판단할 수 있다.
STRUCTURE
객체와 주소가 놓이는 구조
struct cdev / devfs_inode / struct file를 중심에 놓고 왼쪽의 입력이 어떤 검사를 거쳐 오른쪽 결과로 공개되는지 표시했다. 실제 디버깅에서는 각 블록의 주소와 크기를 로그에 대입한다.
CALL PATH
실행 흐름
화살표는 단순 호출 순서만 뜻하지 않는다. 각 단계가 성공을 반환할 때 다음 단계가 읽을 수 있는 상태가 무엇인지 함께 확인한다. 오류 반환이 발생하면 바로 다음 화살표로 진행하지 않고 해당 단계의 정리 경로를 따라간다.
STATE LEDGER
단계별 입력과 출력
각 단계의 입력과 처리 후 바뀌는 상태를 정리한 표다. 사용 중인 소스 버전에서 다른 필드를 변경한다면 그에 맞춰 표도 수정한다.
| # | 단계 | 진입 시 신뢰할 상태 | 성공 뒤 남아야 할 상태 | 다음 소비자 |
|---|---|---|---|---|
| 01 | driver registers cdev | 부트 CPU의 동기 실행 문맥 | struct cdev | /dev node |
| 02 | /dev node | driver registers cdev 완료 상태 | devfs inode | open file |
| 03 | open file | /dev node 완료 상태 | struct file | devfs_read |
| 04 | devfs_read | open file 완료 상태 | driver callbacks | cdev operation |
| 05 | cdev operation | devfs_read 완료 상태 | driver callbacks | 이 단계의 처리 결과를 사용하는 코드 |
분석 범위의 전제와 비교해, 다음 단계에 잘못된 입력을 넘긴 부분부터 조사한다.
VISUAL WALKTHROUGH
주소와 객체의 이동을 그림으로 읽기
아래 그림은 주소, 객체를 사용하는 기간, 제어권을 넘기는 시점을 중심으로 정리했다. 실제 주소와 크기는 사용 중인 보드의 bdinfo, 맵 파일과 링커 심벌로 확인한다.
호출 이름만 나열하지 않고, 각 단계가 다음 단계에 넘기는 상태를 기준으로 실행 순서를 표시한다.
왼쪽 생산자가 가운데 상태를 완성하고, 오른쪽 소비자가 그 상태를 처음 사용하는 관계다.
cdev_add→struct cdev→devfs inodeopen→struct file→cdev referenceread/write→offset + count→driver operationpartition cdev→relative offset→parent cdevcdev_del→open users→lifetime checkUPSTREAM SOURCE
원본 코드
아래 코드는 Barebox v2026.06.1의 fs/devfs.c에서 15-103줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.
15 */
16
17#include <common.h>
18#include <driver.h>
19#include <init.h>
20#include <malloc.h>
21#include <fs.h>
22#include <command.h>
23#include <errno.h>
24#include <xfuncs.h>
25#include <linux/stat.h>
26#include <ioctl.h>
27#include <nand.h>
28#include <linux/err.h>
29#include <linux/mtd/mtd.h>
30#include <linux/mtd/mtd-abi.h>
31#include <block.h>
32#include <stringlist.h>
33
34struct devfs_inode {
35 struct inode inode;
36 struct cdev *cdev;
37};
38
39static int devfs_read(struct file *f, void *buf, size_t size)
40{
41 struct cdev *cdev = f->private_data;
42
43 return cdev_read(cdev, buf, size, f->f_pos, f->f_flags);
44}
45
46static int devfs_write(struct file *f, const void *buf,
47 size_t size)
48{
49 struct cdev *cdev = f->private_data;
50
51 if (cdev->flags & DEVFS_PARTITION_READONLY)
52 return -EPERM;
53
54 return cdev_write(cdev, buf, size, f->f_pos, f->f_flags);
55}
56
57static int devfs_lseek(struct file *f, loff_t pos)
58{
59 struct cdev *cdev = f->private_data;
60
61 return cdev_lseek(cdev, pos);
62}
63
64static int devfs_erase(struct file *f, loff_t count,
65 loff_t offset, enum erase_type type)
66{
67 struct cdev *cdev = f->private_data;
68
69 if (cdev->flags & DEVFS_PARTITION_READONLY)
70 return -EPERM;
71
72 if ((type == ERASE_TO_WRITE) && (cdev->flags & DEVFS_WRITE_AUTOERASE))
73 return 0;
74
75 if (count + offset > cdev->size)
76 count = cdev->size - offset;
77
78 return cdev_erase(cdev, count, offset);
79}
80
81static int devfs_protect(struct file *f, size_t count, loff_t offset, int prot)
82{
83 struct cdev *cdev = f->private_data;
84
85 return cdev_protect(cdev, count, offset, prot);
86}
87
88static int devfs_discard_range(struct file *f, loff_t count, loff_t offset)
89{
90 struct cdev *cdev = f->private_data;
91
92 return cdev_discard_range(cdev, count, offset);
93}
94
95static int devfs_memmap(struct file *f, void **map, int flags)
96{
97 struct cdev *cdev = f->private_data;
98
99 return cdev_memmap(cdev, map, flags);
100}
101
102static int devfs_open(struct inode *inode, struct file *f)
103{
READING CONTRACT
발췌 범위와 읽기 기준
원문 15-103줄에는 앞뒤 문맥이 포함됩니다. 기준 구문 static int devfs_read(struct file *f은 L39에 있습니다. 발췌 첫 줄을 함수 정의의 시작으로 해석하지 않습니다.
Barebox shell에서 path로 장치를 다룰 수 있는 이유가 이 경계다. cdev offset/size와 partition child cdev의 상대 주소 계산을 확인한다.
RELATED SOURCE
함께 읽어야 하는 원본 코드
첫 코드 조각만으로 동작이 완성되지 않는 경우 호출 매크로, 객체 정의와 실제 실행 목록을 같은 페이지에 묶었다. 각 조각은 같은 기준 commit에서 가져왔다.
01. inode의 cdev를 open file에 결합하는 devfs_open
fs/devfs.c 92-158줄이다.
92 return cdev_discard_range(cdev, count, offset);
93}
94
95static int devfs_memmap(struct file *f, void **map, int flags)
96{
97 struct cdev *cdev = f->private_data;
98
99 return cdev_memmap(cdev, map, flags);
100}
101
102static int devfs_open(struct inode *inode, struct file *f)
103{
104 struct devfs_inode *node = container_of(inode, struct devfs_inode, inode);
105 struct cdev *cdev = node->cdev;
106
107 if (inode->cdevname) {
108 cdev = cdev_by_name(inode->cdevname);
109 if (!cdev)
110 return -ENOENT;
111 }
112
113 f->f_size = cdev_size(cdev);
114 f->private_data = cdev;
115
116 return cdev_open(cdev, f->f_flags);
117}
118
119static int devfs_close(struct inode *inode, struct file *f)
120{
121 struct cdev *cdev = f->private_data;
122
123 return cdev_close(cdev);
124}
125
126static int devfs_flush(struct file *f)
127{
128 struct cdev *cdev = f->private_data;
129
130 return cdev_flush(cdev);
131}
132
133static int devfs_ioctl(struct file *f, unsigned int request, void *buf)
134{
135 struct cdev *cdev = f->private_data;
136
137 return cdev_ioctl(cdev, request, buf);
138}
139
140static int devfs_truncate(struct file *f, loff_t size)
141{
142 struct cdev *cdev = f->private_data;
143
144 return cdev_truncate(cdev, size);
145}
146
147static const struct file_operations devfs_file_operations = {
148 .open = devfs_open,
149 .release = devfs_close,
150 .read = devfs_read,
151 .write = devfs_write,
152 .lseek = devfs_lseek,
153 .flush = devfs_flush,
154 .ioctl = devfs_ioctl,
155 .truncate = devfs_truncate,
156 .erase = devfs_erase,
157 .protect = devfs_protect,
158 .discard_range = devfs_discard_range,
DETAILS
내부 동작을 더 깊게 읽기
진입 조건을 먼저 고정한다
driver registers cdev에서 들어온 실행은 부트 CPU의 동기 실행 문맥에 놓여 있다. 이때 interrupt, MMU/cache, stack, heap 중 무엇이 이미 준비되었는지 소스의 호출자까지 올라가 확인한다. 같은 함수라도 SPL, relocation 전후, app thread처럼 호출 문맥이 달라지면 허용되는 API와 지연 시간이 달라진다.
Barebox shell에서 path로 장치를 다룰 수 있는 이유가 이 경계다. cdev offset/size와 partition child cdev의 상대 주소 계산을 확인한다.
중심 객체의 생성과 공개를 나눈다
이 글의 중심 객체는 struct cdev / devfs_inode / struct file다. 메모리를 확보한 시점, 필드를 채운 시점, 전역 list나 다른 subsystem에 공개한 시점을 구분한다. 공개 뒤 오류가 발생한다면 목록에서 제거하고 child, buffer, reference를 역순으로 정리하는지 확인한다.
빌드 산출물 관점에서는 최종 부트로더 이미지 안에 해당 symbol과 section이 실제로 포함되었는지도 map과 objdump로 검증한다.
주소, 크기와 정렬을 계산한다
부트 코드에서는 주소 계산 오류를 주의해야 한다. 원본과 목적지의 주소 범위, 헤더에 기록된 데이터 크기, 블록·페이지 단위를 표로 정리하고 각 구간의 끝 주소를 계산한다. 끝 주소가 start + size - 1처럼 마지막 바이트를 가리키는지, 구간 바로 다음 주소를 가리키는지는 API 규약에서 확인한다.
성공 flag와 실제 완료 시점을 맞춘다
/dev node → open file → devfs_read 구간에서는 부분 초기화 상태가 생길 수 있다. flag, list insertion, callback 등록, storage write 완료 중 무엇이 성공의 기준인지 찾는다. hardware write나 DMA가 포함되면 함수 반환과 장치 완료가 같은 시점인지도 확인한다.
다른 CPU, 인터럽트 처리기, USB 완료 콜백, 셸 명령에서도 이 상태를 읽는다면 메모리 접근 순서와 잠금 범위를 함께 확인한다.
제어권을 넘기기 전에 확인할 조건을 정리한다
정상 경로는 cdev operation에서 끝난다. 이 단계가 함수 반환인지, scheduler 전환인지, 다른 image로의 비복귀 분기인지 구분한다. 비복귀 handoff라면 cache clean/invalidate, interrupt disable, 장치 quiesce, argument register와 FDT 또는 image address가 최종 점검 항목이다.
호출한 함수로 돌아오는 경로라면 오류와 일부 처리만 완료된 상태를 구분하는지 확인한다. 이어서 다음 후보를 시도할지, 복구 절차를 실행할지 살펴본다.
IMPLEMENTATION NOTES
구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분
cdev가 hardware operation을 파일 offset으로 번역한다
devfs inode와 open file은 struct cdev를 참조하고 read/write offset과 count를 driver callback에 넘긴다. partition child cdev는 parent offset을 한 번 더 더하므로 absolute와 relative offset을 혼동하면 다른 영역을 읽는다.
파일 offset, cdev base, parent base를 로그에 각각 남긴다.
open file과 cdev unregister가 경쟁한다
shell command가 file을 연 채 device를 제거할 수 있다면 cdev와 driver private data의 reference를 유지해야 한다. unregister가 새 open만 막는지 기존 operation 완료까지 기다리는지 확인한다.
remove 중 read/write를 주입해 dangling pointer를 찾는다.
size와 operation 단위 계약을 맞춘다
cdev size는 byte인데 block backend는 sector 단위를 요구할 수 있다. short read, EOF와 alignment error를 devfs가 어떻게 반환하는지 확인한다.
hexdump의 요청 범위와 실제 driver trace range를 대조한다.
OBJECT LIFETIME
객체와 수명
| 대상 | 만들어지는 시점 | 유효 범위 | 확인할 조건 |
|---|---|---|---|
struct cdev / devfs_inode / struct file | /dev node | cdev operation 또는 오류 정리 완료까지 | 진입 전제와 상태 계약 |
| 입력 buffer / metadata | driver registers cdev | parse와 검증이 끝날 때까지 | 길이, 정렬, 소유권, 변조 가능성 |
| 등록된 list / descriptor | open file | 하위 시스템을 종료하거나 다음 이미지에 제어권을 넘길 때까지 | 중복 등록, 해제된 객체를 가리키는 포인터, 오류 후 자원 정리 |
| hardware 또는 persistent state | 실제 write/probe가 완료된 뒤 | reset 또는 명시적 해제·갱신까지 | 쓰기 완료, 시간 초과, 전원 차단, 이전 상태 복원 |
최종 부트로더 이미지 | link/image 생성 시점 | 다음 stage가 새 image로 교체할 때까지 | 적재 주소, 진입점, 섹션, 헤더의 일치 여부 |
FAILURE PATH
실패 지점과 증상
| # | 조건 | 관찰되는 증상 | 먼저 볼 단계 |
|---|---|---|---|
| 01 | cdev size 과대 설정 | 장치 밖 접근 | /dev node |
| 02 | partition offset 중복 적용 | 잘못된 block | open file |
| 03 | unregister 후 열린 file | dangling cdev | devfs_read |
로그가 끊긴 함수뿐 아니라 그 함수에 주소, 크기, 플래그를 전달한 앞 단계도 조사한다. 오류 처리 후 등록된 객체나 하드웨어 설정이 그대로 남아 있는지도 확인한다.
EVIDENCE
소스 밖에서 확인할 증거
소스에서 파악한 동작을 실제 빌드 결과와 대상 보드의 로그로 확인한다. 아래 명령의 보드 이름과 툴체인 접두사는 사용 중인 빌드 환경에 맞게 바꾼다.
| # | 목적 | 명령 또는 계측 | 판정 기준 |
|---|---|---|---|
| 01 | 빌드 구성 | make <board>_defconfig && make V=1 | Kconfig, linker section과 최종 barebox image 생성 명령을 보관한다. |
| 02 | symbol과 section | ${CROSS_COMPILE}nm -n barebox | grep 'static int devfs_read' | initcall, command, driver descriptor가 image에 남았는지 확인한다. |
| 03 | 주소와 resource | iomem | image, malloc, stack, device resource와 reserved 영역의 겹침을 확인한다. |
| 04 | device 상태 | devinfo; drvinfo; of_dump | DT node 생성, device 등록, driver probe를 서로 구분한다. |
| 05 | boot 정책 | boot -d -v; state -d | entry 탐색 결과와 persistent state가 실제 선택에 미친 영향을 확인한다. |
LAB
직접 확인할 실험
- 01devinfo와 ls /dev 결과 대조
/dev node진입 전후에 struct cdev의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. - 02hexdump의 offset을 driver trace와 비교
open file진입 전후에 devfs inode의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다. - 03partition cdev와 parent의 absolute range 계산
devfs_read진입 전후에 struct file의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.
PRIMARY REFERENCES