c - 用户空间和内核空间之间的共享信号量

Question

精简版

是否可以在用户空间和内核空间之间共享信号量(或任何其他同步锁)？ Named POSIX semaphores have kernel persistence ，这就是为什么我想知道是否也可以从内核上下文创建和/或访问它们。

由于关于正常使用 POSIX 信号量的信息海量，因此在互联网上搜索并没有多大帮助。

长版

我正在开发 unified interface to real-time systems其中我有一些额外的簿记要处理，由信号量保护。这些簿记是在资源分配和释放时完成的，这是在非实时环境中完成的。

使用 RTAI，等待和发布信号量的线程需要处于实时上下文中。这意味着使用 RTAI 的命名信号量意味着在用户空间中的每个等待/发布时在实时和非实时上下文之间切换，更糟糕的是，为内核空间中的每个 sem/等待创建一个短的实时线程。

我正在寻找一种在内核空间和用户空间之间共享普通 Linux 或 POSIX 信号量的方法，以便我可以在非实时上下文中安全地等待/发布它。

如能提供有关此主题的任何信息，我们将不胜感激。如果这不可能，您是否有任何其他想法可以完成这项任务？¹

_{¹ 一种方法是添加一个系统调用，在内核空间中拥有信号量，并让用户空间进程调用该系统调用，并且信号量将全部在内核空间中进行管理.不过，如果我不必因此而修补内核，我会更开心。}

Answer 1

好吧，你的方向是正确的，但不完全是-

Linux 命名的 POSIX 信号量基于 FUTex，代表快速用户空间互斥量。顾名思义，虽然它们的实现由内核协助，但其中很大一部分是由用户代码完成的。在内核和用户空间之间共享这样一个信号量需要在内核中重新实现这个基础设施。可能，但肯定不容易。

另一方面，SysV 信号量完全在内核中实现，用户空间只能通过标准系统调用(例如 sem_timedwait() 和 friend )访问。

这意味着每个与 SysV 相关的操作(信号量创建、获取或释放)实际上都是在内核中实现的，您可以简单地从代码中调用底层内核函数以从需要的内核中获取相同的信号量。

因此，您的用户代码将简单地调用 sem_timedwait()。这是简单的部分。

内核部分有点棘手:您必须在内核中找到实现 sem_timedwait() 和相关调用的代码(它们都在文件 ipc/sem 中)。 c) 并创建每个函数的副本，这些函数在不调用 copy_from_user(...) 和 copy_to_user(..) 和 friend 的情况下执行原始函数的操作.

这样做的原因是那些内核函数期望从一个指向用户缓冲区的指针的系统调用中调用，而你想用内核缓冲区中的参数调用它们。

以 sem_timedwait() 为例 - 相关的内核函数是 ipc/sem.c 中的 sys_timedwait()(参见此处:http://lxr.free-electrons.com/source/ipc/sem.c#L1537)。如果您在内核代码中复制此函数并删除执行 copy_from_user() 和 copy_to_user() 的部分并简单地使用传递的指针(因为您将调用它们来自内核空间)，您将获得内核等效函数，这些函数可以从内核空间和用户空间获取 SysV 信号量 - 只要您从内核中的进程上下文调用它们(如果您不知道这最后一句话是什么意思，我强烈建议您阅读 Linux 设备驱动程序，第 3 版)。

祝你好运。