基于NETLINK的内核与用户空间共享内存的实现

还是不会从blog导入文章，只好复制粘贴了，原文在my blog：http://blog.chinaunix.net/u3/94771/showart_1945422.html 基于NETLINK的内核与用户空间共享内存的实现 author:bripengandre Email:bripengandre@126.com 一、前言     前些日子，开发中用到了netlink来实现内核与用户空间共享内存，写点笔记与大家分享。因为我对这块也不了解，写出来的东西一定存在很多错误，请大家批评指正~     内核与用户空间共享内存的关键是，用户空间必须得知共享内存的起始地址，这就要求内核空间应该有一种通信机制来通知用户空间。已经有Godbach版主等人 用proc文件系统实现了（可以google '共享内存 内核 用户空间'）,很显然任何内核空间与用户空间的通信方法都可资利用。本文主要讲基于NETLINK机制的实现。 二、NETLINK简介     netlink在linux的内核与用户空间通信中用得很多（但具体例子我举不出，因为我不清楚~~请google之），其最大优势是接口与网络编程中的socket相似，且内核要主动发信息给用户空间很方便。    但通过实践，我发现netlink通信机制的最大弊病在于其在各内核版本中接口变化太大，让人难以适从（可从后文列出的源码中的kernel_receive的声明窥一斑）。    既然涉及到内核与用户空间两个空间，就应该在两个空间各有一套接口。用户空间的接口很简单，与一般的socket接口相似，内核空间则稍先复杂，但简单 的应用只需简单地了解即可：首先也是建立描述符，建立描述符时会注册一个回调函数（源码中的kernel_receive即是），然后当用户空间有消息发 过来时，我们的函数将被调用，显然在这个函数里我们可做相应的处理；当内核要主动发消息给用户进程时，直接调用一个类send函数即可 （netlink_unicast系列函数）。当然这个过程中，有很多结构体变量需要填充。具体用法请google，我差不多忘光了~。 三、基于netlink的共享内存        这里的共享内存是指内核与用户空间，而不是通常的用户进程间的。    大概流程如下。    内核：__get_free__pages分配连续的物理内存页（貌似返回的其实是虚拟地址）-->SetPageReserved每一页（每一 页都需这个操作，参见源码）-->如果用户空间通过netlink要求获取共享内存的起始物理地址，将__get_free__pages返回的地 址__pa下发给用户空间。    用户空间：open "/dev/shm"（一个读写物理内存的设备，具体请google"linux读写物理内存"）-->发netlink消息给内核，得到共享内存的起始物理地址-->mmap上步得到的物理地址。 四、源码说明    正如二中提到的，netlink接口在各版本中接口变化很大，本人懒惰及时间紧，只实验了比较新的内核2.6.25，源码如需移植到老版本上，需要一些改动，敬请原谅。    另外，由于本源码是从一个比较大的程序里抠出来的，所以命名什么的可能有点怪异~    源码包括shm_k.c（内核模块）和用户空间程序（shm_u.c）两部分。shm_k.c模块的工作是：分配8KB内存供共享，并把前几十个字节置 为“hello, use share memory with netlink"字样。shm_u.c工作是：读取共享内存的前几十个字节，将内容输出在stdout上。     特别说明： 该程序只适用于2.6.25左右的新版本！ 用__get_free_pages分配连续内存时，宜先用get_order获取页数，然后需将各页都SetPageReserved下，同样地，释放内存时，需要对每一页调用ClearPageReserved。     我成功用该程序分配了4MB共享内存，运行还比较稳定。 因为linux内核的默认设置，一般情况下用get_free_pages只能分配到4MB内存左右，如需增大，可能需改相应的参数并重新编译内核。 五、内核源码    1、common.h（内核与用户空间都用到的头文件） #ifndef _COMMON_H_ #define _COMMON_H_ /* protocol type */ #define SHM_NETLINK 30 /* message type */ #define SHM_GET_SHM_INFO 1 /* you can add othe message type here */ #define SHM_WITH_NETLINK "hello, use share memory with netlink" typedef struct _nlk_msg {     union _data     {         struct _shm_info         {             uint32_t mem_addr;             uint32_t mem_size;         }shm_info;   &n