內核/用戶地址空間之間共享的無鎖隊列

Question

我想在用戶和內核空間之間構造兩個共享隊列（一個命令隊列和一個回覆隊列）。這樣內核就可以向用戶空間發送消息，用戶空間在完成處理後可以向內核發送回覆。我所做的是使用爲用戶空間分配內核內存頁面（用於隊列）和mmap，現在用戶和內核都可以訪問這些頁面（這裏我指的是在內核空間中寫入的內容可以正確讀取在用戶空間中，或反之亦然）。

問題是我不知道如何在內核和用戶空間之間同步訪問。假設我要爲多製造商1用戶方案構建環形緩衝區，那麼如何使這些環形緩衝區訪問不會被同時寫入損壞？

本週我做了一些研究，這裏有一些可能的方法，但我在內核模塊開發方面頗爲新穎，不太確定它是否可行。當挖掘到他們，我會很高興，如果我能得到的任何意見或建議：用戶/內核空間之間

1. 使用共享信號：Shared semaphore between user and kernel spaces

   但許多系統調用像sem_timedwait（）會使用，我很擔心它的效率。

2. 我真正喜歡的是一個無鎖方案，如https://lwn.net/Articles/400702/中所述。相關文件內核樹是：

   • 內核/跟蹤/ ring_buffer_benchmark.c
   • 內核/跟蹤/ ring_buffer.c
   • 文檔/跟蹤/環形緩衝區design.txt

   是如何實現無鎖的記錄在這裏：https://lwn.net/Articles/340400/

   不過，我認爲這些是內核實現，不能直接在用戶空間中使用（如ring_buffer_benchmark.c中的示例）。有什麼方法可以在用戶空間中重用這些方案嗎？也希望我能找到更多的例子。

3. 同樣在那篇文章（lwn 40072）中，提到了一種使用perf工具的替代方法，這與我正在嘗試做的似乎很相似。如果2不行，我會嘗試這種方法。

   的用戶空間PERF工具因此與 內核交互通過讀出並在共享存儲器區域，而無需使用系統調用 寫入。

對不起，我的英語語法...希望它是有意義的。

Answer 1

對於內核和用戶空間之間的同步，您可以使用曲線緩衝區機制（文檔位於Documentation/circular-buffers.txt）。

這樣的緩衝區的關鍵因素是兩個指針（頭部和尾部），它們可以單獨更新，這非常適合分離的用戶和內核代碼。而且，循環緩衝區的實現非常簡單，所以在用戶空間中實現並不困難。

請注意，對於內核中的多個生產者，您需要將它們與spinlock或類似的同步。