fs 的 eventfd机制

eventfd 主要用于实现线程间通讯,可以用于用户态和内核通讯.主要涉及两个系统调用
SYSCALL_DEFINE2(eventfd2, unsigned int, count, int, flags)
{
	return do_eventfd(count, flags);
}
 
SYSCALL_DEFINE1(eventfd, unsigned int, count)
{
	return do_eventfd(count, 0);
}
当用户通过这两个系统调用创建eventfd后,这个fd 其实际就是内存中的一个文件,
这点可以从系统调用的实现do_eventfd来看到
 
static int do_eventfd(unsigned int count, int flags)
{
	struct eventfd_ctx *ctx;
	int fd;
 
	/* Check the EFD_* constants for consistency.  */
	BUILD_BUG_ON(EFD_CLOEXEC != O_CLOEXEC);
	BUILD_BUG_ON(EFD_NONBLOCK != O_NONBLOCK);
 
	if (flags & ~EFD_FLAGS_SET)
		return -EINVAL;
 
	ctx = kmalloc(sizeof(*ctx), GFP_KERNEL);
	if (!ctx)
		return -ENOMEM;
 
	kref_init(&ctx->kref);
	init_waitqueue_head(&ctx->wqh);
	ctx->count = count;
	ctx->flags = flags;
#用户空间得到的就是这个fd,从这里可以看到fd就是内存中的一个问题
#这个文件对应的fops是eventfd_fops
	fd = anon_inode_getfd("[eventfd]", &eventfd_fops, ctx,
			      O_RDWR | (flags & EFD_SHARED_FCNTL_FLAGS));
	if (fd < 0)
		eventfd_free_ctx(ctx);
 
	return fd;
}
 
明白fd是一个内存文件后,就可以通过对这个文件的read和write来通信,其中read和write
都是定义在eventfd_fops 中
static const struct file_operations eventfd_fops = {
#ifdef CONFIG_PROC_FS
	.show_fdinfo	= eventfd_show_fdinfo,
#endif
	.release	= eventfd_release,
	.poll		= eventfd_poll,
	.read		= eventfd_read,
	.write		= eventfd_write,
	.llseek		= noop_llseek,
};
其中read函数如下:
static ssize_t eventfd_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count,
			    loff_t *ppos)
{
	struct eventfd_ctx *ctx = file->private_data;
	ssize_t res;
	__u64 ucnt = 0;
	DECLARE_WAITQUEUE(wait, current);
 
	if (count < sizeof(ucnt))
		return -EINVAL;
 
	spin_lock_irq(&ctx->wqh.lock);
	res = -EAGAIN;
	
	if (likely(res > 0)) {
#调用eventfd_ctx_do_read来对eventfd_ctx中的成员变量count 减掉cnt
		eventfd_ctx_do_read(ctx, &ucnt);
		if (waitqueue_active(&ctx->wqh))
			wake_up_locked_poll(&ctx->wqh, EPOLLOUT);
	}
	spin_unlock_irq(&ctx->wqh.lock);
 
	if (res > 0 && put_user(ucnt, (__u64 __user *)buf))
		return -EFAULT;
 
	return res;
}
 
static void eventfd_ctx_do_read(struct eventfd_ctx *ctx, __u64 *cnt)
{
	*cnt = (ctx->flags & EFD_SEMAPHORE) ? 1 : ctx->count;
	ctx->count -= *cnt;
}
可见eventfd就对应内存中的文件,对这个文件read的话,则对计数器加,对这个文件写的话,
则对计数器减,以此来最为线程间通讯机制.
函数 anon_inode_getfd(),该函数的作用类似于sock_map_fd(),就是将eventpoll实例映射到一个文件中:
int anon_inode_getfd(const char *name, const struct file_operations *fops,
         void *priv, int flags)
{
    int error, fd;
    struct file *file;

    /*
     * 分配一个空闲的文件描述符。
     */
    error = get_unused_fd_flags(flags);
    if (error < 0)
        return error;
    fd = error;

    file = anon_inode_getfile(name, fops, priv, flags);
    if (IS_ERR(file)) {
        error = PTR_ERR(file);
        goto err_put_unused_fd;
    }
    fd_install(fd, file);

    return fd;

err_put_unused_fd:
    put_unused_fd(fd);
    return error;
}

该函数首先调用get_unused_fd_flags()分配一个空闲的文件描述符,然后创建一个匿名文件,附加上去。因为涉及到文件系统的操作,不做过多的分析。


转载于:http://blog.chinaunix.net/uid-28443939-id-3470593.html
epoll源码分析—sys_epoll_create()函数

find_next_zero_bit()函数
anon_inode_getfile()是一个宏定义,对应的函数时alloc_fd(),alloc_fd()中调用find_next_zero_bit()在文件描述符的位图中查找一个空闲的bit位,空闲的bit位的索引即为找到的文件描述符,我对这个函数比较感兴趣,特别研究一个一番,跟大家分享一下。

/*
 * find_next_zero_bit返回的值的范围是0~(size-1),相当于是bit数组中的索引
 * @addr: 位图的地址
 * @size: 位图的bit位个数
 * @offset: 可以理解为bit数组中的索引,也就是说从这个bit位开始查找
 */
unsigned long find_next_zero_bit(const unsigned long *addr, unsigned long size,
                 unsigned long offset)
{
    /*
     * 这里BITOP_WORD用来计算offset对应位图中的unsigned long元素在
     * addr数组中的索引,所以p为offset所在的unsigned long元素的地址
     */
    const unsigned long *p = addr + BITOP_WORD(offset);
    /*
     * 相当于是offset - (offset % BITS_PER_LONG),也就是offset所在的unsigned long
     * 之前所有unsigned long元素的bit位个数
     */
    unsigned long result = offset & ~(BITS_PER_LONG-1);
    unsigned long tmp;

    /*
     * 如果偏移量大于等于位图的大小,则直接
     * 返回size。
     */
    if (offset >= size)
        return size;
    /*
     * 计算offset所在的unsigned long及其之后所有的unsigned long元素中
     * 的bit位个数
     */
    size -= result;
    /*
     * 计算offset对应的unsigned long中占用的bit位所在的位置,这个也可以理解
     * 为一个索引。假设计算前offset的值为67,计算后offset的值为3,也就是所在
     * unsigned long中的第4个bit位。
     */
    offset %= BITS_PER_LONG;
    if (offset) {
        /*
         * tmp的值为offset所在的unsigned long的值
         */
        tmp = *(p++);
        /*
         * BITS_PER_LONG - offset计算的offset所在的unsigned long元素中offset所在的
         * bit位及其之后的bit位个数。tmp中offset所对应的bit位及其之后的bit位都保留,而将
         * tmp中offset所对应的bit位之前的bit位都设置为1.
         */
        tmp |= ~0UL >> (BITS_PER_LONG - offset);
        /*
         * 如果size小于BITS_PER_LONG,说明offset在最后一个unsigned long元素。
         */
        if (size < BITS_PER_LONG)
            goto found_first;
        /*
         * 如果tmp取反后为不为0,则说明tmp中有为0的bit位,因此从
         * tmp中查找空闲的bit位。
         */
        if (~tmp)
            goto found_middle;
        /*
         * 如果offset所对应的bit位所在的unsigned long中没有空闲的bit位,
         * 开始从其之后得unsigned long元素中查找。计算剩余的bit位个数,
         * 修改已经查找的bit位个数
         */
        size -= BITS_PER_LONG;
        result += BITS_PER_LONG;
    }
    /*
     * 如果size小于BITS_PER_LONG,则退出循环
     */
    while (size & ~(BITS_PER_LONG-1)) {
        /*
         * 将下一个查找的元素存储在tmp中,如果tmp取反后不为0,则说明tmp中有为0的bit位,因此
         * 从tmp中查找空闲的bit位。
         */
        if (~(tmp = *(p++)))
            goto found_middle;
        /*
         * 计算剩余的bit位个数,修改已经查找的bit位个数
         */
        result += BITS_PER_LONG;
        size -= BITS_PER_LONG;
    }
    /*
     * 如果全部查找后,仍没有找到空闲的bit位,则直接返回result。
     * 此时result的值应该为位图的bit位的个数。
     */
    if (!size)
        return result;
    /*
     * 如果size不为0,则在剩余的最后的bit位(剩余的个数小于BITS_PER_LONG)中查找。
     */
    tmp = *p;

found_first:
    /*
     * 因为剩余的bit位个数有可能小于BITS_PER_LONG,因此需要将unsigned long中
     * 不用的bit位置为1,以免干扰后续的查找
     */
    tmp |= ~0UL << size;
    /*
     * 如果所有bit位都为1,则说明没有空余的bit位,
     * 则返回所有的bit位的个数。
     */
    if (tmp == ~0UL)    /* Are any bits zero? */
        return result + size;    /* Nope. */
found_middle:
    /*
     * ffz(tmp)返回的是tmp中第一个为0的bit位的索引
     */
    return result + ffz(tmp);
}
<think>好的,用户想了解Linux内核中的VFIO_DEVICE_IOEVENTFD的含义和用法。首先,我需要回忆一下VFIO的相关知识。VFIO是Virtual Function I/O的缩写,主要用于虚拟化环境中安全地将设备直接分配给虚拟机。用户提到的VFIO_DEVICE_IOEVENTFD应该和设备的I/O事件处理有关。 我记得VFIO框架中有一些ioctl命令,VFIO_DEVICE_IOEVENTFD可能是其中之一。它的作用可能是用来注册或处理设备的事件通知,比如通过eventfd机制eventfd是Linux中的一种事件通知机制,常用于用户空间内核空间之间的事件传递。结合VFIO,可能用于在设备发生特定I/O事件时通知用户空间或虚拟机。 接下来需要查阅相关文档。用户提供的引用中提到了media框架和CONFIG_DEBUG_FS配置,虽然这些和VFIO直接关系不大,但说明用户可能对内核配置和调试有一定了解。VFIO的文档通常在内核的Documentation/vfio目录下,或者相关的头文件中,比如include/uapi/linux/vfio.h。 查找vfio.h头文件中的定义,应该能找到VFIO_DEVICE_IOEVENTFD的宏定义,以及对应的结构体vfio_device_ioeventfd。结构体可能包含事件fd、要监听的地址区域、数据匹配值等信息。用法方面,用户需要通过VFIO的ioctl接口调用这个命令,传递相应的参数,以注册或取消事件通知。 另外,需要注意VFIO_DEVICE_IOEVENTFD的使用场景,比如在实现高性能设备模拟时,通过事件驱动机制减少轮询开销,提升性能。同时,可能需要DEBUG_FS配置来调试相关功能,但用户问题中没有提到调试,所以可能不需要特别强调。 还需要考虑用户可能的背景,比如他们可能在开发虚拟化相关功能,或者优化设备直通性能。因此,在回答中需要说明该机制的作用、如何使用,以及典型应用场景,帮助用户理解如何在自己的项目中应用。 最后,生成相关问题时要围绕VFIO的其他机制、性能优化、与eventfd的结合使用,以及调试方法等方面展开,确保问题能够帮助用户深入学习和解决实际问题。</think>### VFIO_DEVICE_IOEVENTFD 的含义和用法 #### 1. **基本定义** `VFIO_DEVICE_IOEVENTFD` 是 Linux 内核 VFIO(Virtual Function I/O)框架中的一个 I/O 控制(ioctl)命令,用于通过事件驱动机制优化设备模拟性能。它允许用户空间程序(如 QEMU)注册一个 `eventfd` 对象,当设备特定 I/O 区域发生读写操作时,内核会通过该 `eventfd` 通知用户空间[^1]。 #### 2. **核心作用** - **事件驱动通知**:替代传统的轮询机制,减少 CPU 资源消耗。 - **高性能设备模拟**:适用于 PCI 设备直通(PCI Passthrough)场景,提升虚拟机对物理设备的访问效率。 #### 3. **数据结构** 在 `include/uapi/linux/vfio.h` 中定义了关联的结构体: ```c struct vfio_device_ioeventfd { __u32 argsz; __u32 flags; __u64 offset; // 设备寄存器偏移量 __u64 data; // 匹配的数据值 __s32 fd; // eventfd 文件描述符 }; ``` - `flags`:用于指定操作类型(如 `VFIO_DEVICE_IOEVENTFD_READ` 或 `VFIO_DEVICE_IOEVENTFD_WRITE`)。 #### 4. **使用步骤** 1. **创建 eventfd**:通过 `eventfd()` 系统调用生成事件文件描述符。 2. **配置结构体**:填充 `vfio_device_ioeventfd` 的寄存器偏移量、数据匹配值和 `eventfd`。 3. **调用 ioctl**: ```c ioctl(vfio_device_fd, VFIO_DEVICE_IOEVENTFD, &ioeventfd); ``` 4. **事件处理**:当指定寄存器的读写操作触发时,用户空间通过 `eventfd` 接收通知。 #### 5. **典型场景** - **KVM/QEMU 设备直通**:在 PCI 设备直通到虚拟机时,通过 `VFIO_DEVICE_IOEVENTFD` 实现高效中断通知。 - **用户空间驱动开发**:减少用户态和内核态的上下文切换开销。 --- ### § 1. VFIO 框架中 `VFIO_GROUP_GET_STATUS` 的作用是什么? 2. 如何通过 `eventfd` 实现用户空间内核的高效通信? 3. 在调试 VFIO 设备时,`CONFIG_DEBUG_FS` 配置的作用是什么?[^2] 4. VFIO 和传统设备模拟(如 virtio)的性能差异主要体现在哪些方面?
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