内核态与用户态交互的方式（1）

引自http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-kerns-usrs/本人不具有任何版权，如转载请著名作者出处。 在 Linux 下用户空间与内核空间数据交换的方式，第 1 部分: 内核启动参数、模块参数与sysfs、sysctl、系统调用和netlink

本系列文章包括两篇，它们文详细地介绍了 Linux 系统下用户空间与内核空间数据交换的九种方式，包括内核启动参数、模块参数与 sysfs、sysctl、系统调用、netlink、procfs、seq_file、debugfs和relayfs，并给出具体的例子帮助读者掌握这些技术的使用。 本文是该系列文章的第一篇，它介绍了内核启动参数、模块参数与sysfs、sysctl、系统调用和netlink，并结合给出的例子程序详细地说明了它们如何使用。 一、引言 一般地，在使用虚拟内存技术的多任务系统上，内核和应用有不同的地址空间，因此，在内核和应用之间以及在应用与应用之间进行数据交换需要专门的机制来实现，众所周知，进程间通信（IPC）机制就是为实现应用与应用之间的数据交换而专门实现的，大部分读者可能对进程间通信比较了解，但对应用与内核之间的数据交换机制可能了解甚少，本文将详细介绍 Linux 系统下内核与应用进行数据交换的各种方式，包括内核启动参数、模块参数与 sysfs、sysctl、系统调用、netlink、procfs、seq_file、debugfs 和 relayfs。 回页首 二、内核启动参数 Linux 提供了一种通过 bootloader 向其传输启动参数的功能，内核开发者可以通过这种方式来向内核传输数据，从而控制内核启动行为。 通常的使用方式是，定义一个分析参数的函数，而后使用内核提供的宏 __setup把它注册到内核中，该宏定义在 linux/init.h 中，因此要使用它必须包含该头文件： __setup("para_name=", parse_func) para_name 为参数名，parse_func 为分析参数值的函数，它负责把该参数的值转换成相应的内核变量的值并设置那个内核变量。内核为整数参数值的分析提供了函数 get_option 和 get_options，前者用于分析参数值为一个整数的情况，而后者用于分析参数值为逗号分割的一系列整数的情况，对于参数值为字符串的情况，需要开发者自定义相应的分析函数。在源代码包中的内核程序kern-boot-params.c 说明了三种情况的使用。该程序列举了参数为一个整数、逗号分割的整数串以及字符串三种情况，读者要想测试该程序，需要把该程序拷贝到要使用的内核的源码目录树的一个目录下，为了避免与内核其他部分混淆，作者建议在内核源码树的根目录下创建一个新目录，如 examples，然后把该程序拷贝到 examples 目录下并重新命名为 setup_example.c，并且为该目录创建一个 Makefile 文件： obj-y = setup_example.o Makefile 仅许这一行就足够了，然后需要修改源码树的根目录下的 Makefile文件的一行，把下面行 core-y := usr/ 修改为 core-y := usr/ examples/ 注意：如果读者创建的新目录和重新命名的文件名与上面不同，需要修改上面所说 Makefile 文件相应的位置。做完以上工作就可以按照内核构建步骤去构建新的内核，在构建好内核并设置好lilo或grub为该内核的启动条目后，就可以启动该内核，然后使用lilo或grub的编辑功能为该内核的启动参数行增加如下参数串： setup_example_int=1234 setup_example_int_array=100,200,300,400 setup_example_string=Thisisatest 当然，该参数串也可以直接写入到lilo或grub的配置文件中对应于该新内核的内核命令行参数串中。读者可以使用其它参数值来测试该功能。 下面是作者系统上使用上面参数行的输出： setup_example_int=1234 setup_example_int_array=100,200,300,400 setup_example_int_array includes 4 intergers setup_example_string=Thisisatest 读者可以使用 dmesg | grep setup 来查看该程序的输出。 回页首 三、模块参数与sysfs 内核子系统或设备驱动可以直接编译到内核，也可以编译成模块，如果编译到内核，可以使用前一节介绍的方法通过内核启动参数来向它们传递参数，如果编译成模块，则可以通过命令行在插入模块时传递参数，或者在运行时，通过sysfs来设置或读取模块数据。 Sysfs是一个基于内存的文件系统，实际上它基于ramfs，sysfs提供了一种把内核数据结构，它们的属性以及属性与数据结构的联系开放给用户态的方式，它与kobject子系统紧密地结合在一起，因此内核开发者不需要直接使用它，而是内核的各个子系统使用它。用户要想使用 sysfs 读取和设置内核参数，仅需装载 sysfs 就可以通过文件操作应用来读取和设置内核通过 sysfs 开放给用户的各个参数： $ mkdir -p /sysfs $ mount -t sysfs sysfs /sysfs 注意，不要把 sysfs 和 sysctl 混淆，sysctl 是内核的一些控制参数，其目的是方便用户对内核的行为进行控制，而 sysfs 仅仅是把内核的 kobject 对象的层次关系与属性开