人機介面

人機介面
文字介面
安全性
除錯
多媒體子系統
人機介面裝置, 輸入裝置
HI 驅動

歡迎閱讀本書的第一篇文章。這篇文章以 USB 類和 Linux 機制人機介面裝置 (HID) 命名。Linux 中的 HID 機制支援鍵盤、滑鼠和其他輸入裝置。控制檯、多媒體 (或只是媒體)、聲音 (音訊)、影片、圖形也是本文的重點。此外，本章還涵蓋了安全性主題和除錯主題，因為它們與使用者和人機互動密切相關。

文字介面

在 Linux 世界中，文字終端模擬器和控制檯是作業系統中必不可少的組成部分，允許使用者透過核心與應用程式進行互動。文字終端是一種提供文字介面以與核心通訊的裝置，而控制檯是容納終端並顯示核心輸出的物理裝置。

Linux 核心包含一個內建的控制檯驅動程式，該驅動程式提供了一個基本介面，用於與控制檯通訊和控制終端。控制檯驅動程式還支援各種輸入和輸出裝置，例如鍵盤和顯示器，以使使用者能夠透過終端與系統進行互動。

在 Linux 中使用文字終端和系統控制檯可以追溯到早期的計算時代，當時圖形使用者介面還沒有得到廣泛應用。儘管圖形使用者介面得到了廣泛的採用，但基於文字的介面和控制檯仍然受到 Linux 使用者和開發人員的歡迎，因為它們簡單、高效且靈活。總的來說，文字終端和控制檯在 Linux 核心中發揮著至關重要的作用，為使用者提供了一個強大的介面來管理和與作業系統進行互動。

字元裝置

cdev_id – “字元裝置” 是一種裝置驅動程式型別，它為 /dev 目錄中的字元裝置檔案提供實現。這裡的“裝置”指的是抽象介面，代理到通常是外圍的物理裝置。字元裝置是一種可以作為位元組流訪問的裝置型別，而不是像塊裝置那樣作為資料塊訪問。Cdev 驅動程式通常用於為提供流資料的裝置（例如鍵盤、滑鼠、終端、序列埠和印表機）提供驅動。它們也用於為提供對記憶體對映 I/O 區域的訪問的裝置（例如幀緩衝區和網路裝置）提供驅動。Cdev 驅動程式通常包含一組函式，這些函式實現了裝置的低階 I/O 操作（例如 open、read 和 write）。當用戶空間程式訪問字元裝置檔案時，核心會呼叫這些函式。要建立 cdev 驅動程式，核心開發人員必須首先使用 cdev_init_id 或 cdev_alloc_id 初始化 cdev 結構。cdev 結構包含有關裝置的資訊，例如其主次號和驅動程式實現的 I/O 函式集。初始化 cdev 結構後，可以使用 cdev_add_id 函式將其註冊到核心中。此函式將在 /dev 目錄中建立字元裝置檔案，並將其與 cdev 驅動程式關聯。

您可以在 /proc/devices 的開頭找到註冊的字元裝置列表。/proc/devices. 輸入裝置鍵盤和滑鼠是字元裝置的示例。

提示：瀏覽交叉引用網站以探索附近的 API 和用例

💾 歷史：它是從 UNIX 派生出的最簡單、最基本和最古老的概念之一。

⚲ API

linux/cdev.h_inc

dev_t_id - 裝置 ID 由 MAJOR_id 和 MINOR_id 編號組成

cdev_id - 核心字元裝置結構

cdev_init_id 或 cdev_alloc_id

cdev_device_add_id - 輔助函式，使用

cdev_add_id - 將字元裝置新增到系統的通用關鍵函式。

register_chrdev_id - 顯然註冊字元裝置 由主編號、名稱和檔案操作進行註冊

unregister_chrdev_id

alloc_chrdev_region_id / register_chrdev_region_id,

unregister_chrdev_region_id

uapi/linux/major.h_inc - 許多主編號的靜態定義，包括過時的編號。

⚙️ 內部

fs/char_dev.c_src

chrdevs_id

📖 參考資料

字元裝置_doc

字元裝置驅動程式，linux-kernel-labs

💾 歷史

文字終端和控制檯

🗝️ 首字母縮略詞

tty - 💾 歷史上 TeleTYpewriter，只表示終端

pty - 偽終端

pts - 偽終端從機

ptmx - 偽終端主機

⚲ API

要找出當前終端

readlink /proc/self/fd/0

man 1 tty

man 1 who -m

linux/tty.h_inc

register_console_id 顯然註冊了 console_id

👁 示例 virtio_console_id

⚙️ 內部

fs/proc/proc_tty.c_src

drivers/tty/vt/vt.c_src

📖 參考資料

man 4 tty – 控制終端

man 4 ptmx 和 pts – 偽終端主裝置和從裝置

man 7 pty – 偽終端介面

console_doc

💾 歷史

LDD3:TTY 驅動程式

安全性

安全性的目標是限制對介面的訪問。從訪問控制和身份驗證機制到安全啟動和記憶體保護，Linux 核心採用各種技術來保護系統及其使用者。基本的 Linux 安全性非常簡單。它由樹所有權類別和樹訪問模式組成。最常執行的功能之一是 may_open_id。它拒絕未經授權的使用者開啟檔案。

有關新功能，請參閱文章安全性。

授權

授權是指定對系統資源的訪問許可權/訪問許可權/特權的功能。授權的主要目標是防止在任何情況下發生許可權提升。

🔧 待辦。關鍵字：許可權、功能、所有權、緩解。

⚲ API

linux/stat.h_inc

uapi/linux/stat.h_inc

基本的經典 UNIX 授權基於所有權和樹訪問模式：讀、寫和執行。

所有權由擁有使用者 ID uid_t_id 和擁有組 ID gid_t_id 編碼。

umode_t_id - 用於編碼訪問模式的 typedef。 S_IRUSR_id - 最小的“使用者/所有者只讀”訪問模式。 S_IALLUGO_id - 全訪問模式。有關其他模式的詳細資訊，請閱讀原始碼。

訪問模式的二進位制訪問控制矩陣


模式	位	讀取	寫入	執行
位偏移量		2	1	0
其他	0-2	或	ow	ox
組	3-5	gr	gw	gx
使用者	6-8	ur	uw	ux

man 2 chown ↪ do_fchownat_id 更改檔案或目錄的所有權

man 2 chmod ↪ do_fchmodat_id 更改檔案或目錄的訪問模式

man 2 access，man 2 faccessat ↪ do_faccessat_id 檢查訪問許可權

常見的授權錯誤

EPERM_id – “操作不被允許”

EACCES_id – “許可權拒絕”

🚀 高階功能

man 5 acl posix_acl_id

uapi/linux/capability.h_inc

man 2 capset 和 capget – 設定/獲取執行緒的許可權

man 3 libcap

man 1 setpriv – 使用不同的許可權設定執行程式

⚙️ 內部

may_open_id 拒絕未經授權的檔案開啟

inode_permission_id 檢查對給定 inode 的訪問許可權

kernel/capability.c_src

📖 參考資料

檔案系統許可權

man 7 許可權

憑據

🔧 待辦。關鍵字：身份驗證、使用者 ID、組 ID、程序組 ID、會話 ID。

⚲ API

uapi/asm-generic/stat.h_inc

arch/x86/include/uapi/asm/stat.h_src

linux/cred.h_inc

結構體 cred_id - 任務的安全上下文

man 1 id，man 1 test - shell 工具

man 2 getuid ↪ current_uid_id

man 2 getgid

man 2 geteuid 由工具 man 1 whoami 使用

真實、有效和儲存的使用者/組 ID

man 2 getresuid，getresgid

man 2 setreuid，setregid

man 2 setfsuid - 設定用於檔案系統檢查的使用者標識

man 2 umask - 設定檔案模式建立掩碼

man 1 stat，man 2 stat ↪ vfs_fstat_id，vfs_fstatat_id

man 2 statx ↪ do_statx_id

⚙️ 內部

kstat_id

make_kuid_id 等

from_kuid_munged_id 等

📖 參考資料

Linux 中的憑據_doc

man 7 憑據

https://www.geeksforgeeks.org/real-effective-and-saved-userid-in-linux/

密碼學

🔧 待辦

🗝️ 首字母縮略詞

AES - 高階加密標準

⚲ API

AF_ALG_id - 使用者空間介面_doc

linux/crypto.h_inc - 散列表加密 API。

⚙️ 內部

fs/crypto_src - 每個檔案加密

fs/ecryptfs_src eCrypt FS - 在 VFS 層上執行的加密檔案系統。

dm-crypt, drivers/md/dm-crypt.c_src

📖 參考資料

Linux 核心加密 API_doc

加密 API (Linux)

devicetree/bindings/crypto

crypto_ltp

審計

kernel/audit.h_src

kernel/audit.c_src

kernel/auditsc.c_src

kernel/audit_tree.c_src

kernel/audit_watch.c_src

kernel/audit_fsnotify.c_src

kernel/auditfilter.c_src

📖 參考資料

https://capsule8.com/blog/auditd-what-is-the-linux-auditing-system/

https://wiki.archlinux.org/title/Audit_framework

man 8 auditctl

另見 eBPF 和 BPF

安全附件

🔧 待辦

man 2 fcntl ↪ do_fcntl_id

man 2 seccomp ↪ do_seccomp_id

man 2 add_key ↪ security/keys/keyctl.c_src

chroot, man 2 chroot

地址空間佈局隨機化

man 8 setarch / man 2 personality

📖 參考資料

安全_doc

LSM - Linux 安全模組_doc 效能事件和工具安全

硬體漏洞_doc

Linux 安全模組

linux/security.h_inc ⇾ security_src

keys_inc

linux/verification.h_inc

certs_src

security_ltp

cve_ltp

http://kernsec.org/wiki/index.php/Main_Page

SELinux http://selinuxproject.org/

除錯

見除錯 Linux 核心

多媒體子系統

⚙️ 內部

drivers/media_src

圖形

舊圖形（不要與 v4l 混淆）

⚲ API

video_inc

⚙️ 內部

drivers/video_src

直接渲染管理器 (DRM)

DRM 負責與現代顯示卡的 GPU 互動。DRM 公開了一個 API，使用者空間程式可以使用它來向 GPU 傳送命令和資料，並執行諸如配置顯示模式設定等操作。使用者空間程式可以使用 DRM API 來命令 GPU 執行硬體加速的 3D 渲染和影片解碼，以及 GPGPU 計算。

⚲ API

/sys/class/drm/

⚙️ 內部

drm_gem.h_inc – 圖形執行管理器驅動程式介面

drm_dev_register_id 註冊 drm_device_id

高階 Linux 音訊架構 (ALSA)

ALSA 是一個軟體框架，也是 Linux 核心的一部分，它為音效卡裝置驅動程式提供 API。ALSA 專案最初的目標之一是自動配置音效卡硬體以及在系統中優雅地處理多個音效卡裝置。

聲音伺服器 PulseAudio、JACK（低延遲專業級音訊編輯和混音）和 PipeWire，更高層的抽象 API OpenAL、SDL 音訊等在 ALSA 之上執行，並實現了音效卡裝置驅動程式。在 Linux 系統上，ALSA 取代了舊的開放聲音系統 (OSS)。

⚲ API

/proc/asound/cards, /sys/class/sound/

snd_card_id - 中央結構

snd_card_new_id

snd_card_register_id

snd_device_ops_id

snd_device_new_id 建立 ALSA 裝置元件

uapi/sound/asound.h_inc

sound/core.h_inc

⚙️ 內部

sound_src

sound/core/device.c_src

見 ASoC

📖 參考資料

ALSA（聲音）_doc

編寫 ALSA 驅動程式_doc

sound_ltp

影片 4 Linux (V4L2)

V4L 是一個裝置驅動程式集合和 API，用於支援 Linux 系統上的即時影片捕獲。它支援許多 USB 網路攝像頭、電視調諧器和相關裝置，標準化它們的輸出，以便程式設計師可以輕鬆地向他們的應用程式新增影片支援。MythTV、tvtime 和 Tvheadend 是使用 V4L 框架的典型應用程式。

⚲ API

v4l2_device_register_id 註冊 v4l2_device_id

video_register_device_id 註冊 video_device_id

👁 例子 drivers/media/test-drivers_src

📖 參考資料