双内核系统调用：xenomai 和 Linux 协作的艺术
2024-02-27 16:46:10
xenomai 内核剖析：双内核系统调用的艺术（第一部分）
引言
深入解析系统调用是领悟内核架构的利器。在探索 xenomai 和 Linux 双内核共存之前，理解系统调用在这样的架构下的实现方式至关重要。
系统调用概述
在 Linux 内核中，系统调用是一组由操作系统内核提供的子例程，用于实现各种系统功能。这些调用与常规库函数调用非常相似，但由操作系统核心提供并享有特权。
在双内核系统中，系统调用的实现变得更加复杂，因为两个内核共同负责处理。在本文中，我们将揭秘 xenomai 和 Linux 如何协调系统调用，实现无缝的应用程序交互。
xenomai 和 Linux 的协作
xenomai 作为一个实时内核，在其执行域中提供时间确定性。Linux 则作为主内核，负责处理一般性任务。为了确保系统调用在两种内核之间有效传递，xenomai 和 Linux 采用了一种协作机制。
xenomai 的 rt_hippercall 函数充当桥梁，将系统调用从实时域传递到主域。Linux 随后使用 sys_hippercall 函数接收并处理这些调用。
双内核系统调用流程
系统调用从应用程序开始，应用程序向内核发出一个系统调用。在双内核系统中，此过程如下：
- 应用程序发出系统调用。
- xenomai 的 rt_hippercall 函数拦截调用，并将调用封装在一个消息中。
- 消息被发送到 Linux 内核。
- Linux 内核使用 sys_hippercall 函数接收并处理消息中的系统调用。
- Linux 内核将系统调用结果返回给 xenomai。
- xenomai 将结果返回给应用程序。
xenomai 的 rt_hippercall 函数
rt_hippercall 函数是 xenomai 的关键组件，它负责将系统调用从实时域传递到主域。该函数执行以下操作：
- 拦截系统调用： 当应用程序发出系统调用时，rt_hippercall 会拦截该调用。
- 封装消息： rt_hippercall 将拦截到的调用封装在一个消息中，其中包含调用参数和其他元数据。
- 发送消息： 消息被发送到 Linux 内核中的一个预定义地址。
Linux 的 sys_hippercall 函数
sys_hippercall 函数是 Linux 的配套函数，它负责接收和处理从 xenomai 发送来的消息。该函数执行以下操作：
- 接收消息： sys_hippercall 从 xenomai 接收消息。
- 提取系统调用： sys_hippercall 从消息中提取系统调用及其参数。
- 处理系统调用： sys_hippercall 调用相应的 Linux 内核函数来处理系统调用。
- 返回结果： sys_hippercall 将系统调用结果打包到一个消息中并将其返回给 xenomai。
双内核系统调用优缺点
双内核系统调用架构提供了以下优势：
- 时间确定性： xenomai 的实时域可确保系统调用的时间确定性。
- 通用性： Linux 的主域提供广泛的系统调用集。
- 隔离： 两个内核的隔离确保了实时域免受潜在的错误或故障的影响。
然而，也存在一些缺点：
- 复杂性： 双内核系统调用架构比单内核系统更复杂。
- 性能开销： 在内核之间传递系统调用会引入一定的性能开销。
结论
xenomai 和 Linux 的双内核系统调用架构是一种创新的解决方案，它融合了实时性和通用性的优点。通过了解 rt_hippercall 和 sys_hippercall 函数的作用，我们可以深入理解这种架构如何实现无缝的应用程序交互。在后续文章中，我们将深入探讨双内核系统调用的具体实现细节和优化技术。
