2.9. 在用戶空間做

2.9.?在用戶空間做

一個第一次涉及內(nèi)核問題的 Unix 程序員, 可能會緊張寫一個模塊. 編寫一個用戶程序來直接讀寫設(shè)備端口可能容易些.

確實, 有幾個論據(jù)傾向于用戶空間編程, 有時編寫一個所謂的用戶空間設(shè)備驅(qū)動對比鉆研內(nèi)核是一個明智的選擇. 在本節(jié), 我們討論幾個理由, 為什么你可能在用戶空間編寫驅(qū)動. 本書是關(guān)于內(nèi)核空間驅(qū)動的, 但是, 所以我們不超越這個介紹性的討論.

用戶空間驅(qū)動的好處在于:

• 完整的 C 庫可以連接. 驅(qū)動可以進(jìn)行許多奇怪的任務(wù), 不用依靠外面的程序(實現(xiàn)使用策略的工具程序, 常常隨著驅(qū)動自身發(fā)布).

• 程序員可以在驅(qū)動代碼上運行常用的調(diào)試器, 而不必走調(diào)試一個運行中的內(nèi)核的彎路.

• 如果一個用戶空間驅(qū)動掛起了, 你可簡單地殺掉它. 驅(qū)動的問題不可能掛起整個系統(tǒng), 除非被控制的硬件真的瘋掉了.

• 用戶內(nèi)存是可交換的, 不象內(nèi)核內(nèi)存. 一個不常使用的卻有很大一個驅(qū)動的設(shè)備不會占據(jù)別的程序可以用到的 RAM, 除了在它實際在用時.

• 一個精心設(shè)計的驅(qū)動程序仍然可以, 如同內(nèi)核空間驅(qū)動, 允許對設(shè)備的并行存取.

• 如果你必須編寫一個封閉源碼的驅(qū)動, 用戶空間的選項使你容易避免不明朗的許可的情況和改變的內(nèi)核接口帶來的問題.

  例如, USB 驅(qū)動能夠在用戶空間編寫; 看(仍然年幼) libusb 項目, 在 libusb.sourceforge.net 和 "gadgetfs" 在內(nèi)核源碼里. 另一個例子是 X 服務(wù)器: 它確切地知道它能處理哪些硬件, 哪些不能, 并且它提供圖形資源給所有的 X 客戶. 注意, 然而, 有一個緩慢但是固定的漂移向著基于 frame-buffer 的圖形環(huán)境, X 服務(wù)器只是作為一個服務(wù)器, 基于一個內(nèi)核空間的真實的設(shè)備驅(qū)動, 這個驅(qū)動負(fù)責(zé)真正的圖形操作.

  常常, 用戶空間驅(qū)動的編寫者完成一個服務(wù)器進(jìn)程, 從內(nèi)核接管作為單個代理的負(fù)責(zé)硬件控制的任務(wù). 客戶應(yīng)用程序就可以連接到服務(wù)器來進(jìn)行實際的操作; 因此, 一個聰明的驅(qū)動經(jīng)?？梢栽试S對設(shè)備的并行存取. 這就是 X 服務(wù)器如何工作的.

但是用戶空間的設(shè)備驅(qū)動的方法有幾個缺點. 最重要的是:

• 中斷在用戶空間無法用. 在某些平臺上有對這個限制的解決方法, 例如在 IA32 體系上的 vm86 系統(tǒng)調(diào)用.

• 只可能通過內(nèi)存映射 /dev/mem 來使用 DMA, 而且只有特權(quán)用戶可以這樣做.

• 存取 I/O 端口只能在調(diào)用 ioperm 或者 iopl 之后. 此外, 不是所有的平臺支持這些系統(tǒng)調(diào)用, 而存取/dev/port可能太慢而無效率. 這些系統(tǒng)調(diào)用和設(shè)備文件都要求特權(quán)用戶.

• 響應(yīng)時間慢, 因為需要上下文切換在客戶和硬件之間傳遞信息或動作.

• 更不好的是, 如果驅(qū)動已被交換到硬盤, 響應(yīng)時間會長到不可接受. 使用 mlock 系統(tǒng)調(diào)用可能會有幫助, 但是常常的你將需要鎖住許多內(nèi)存頁, 因為一個用戶空間程序依賴大量的庫代碼. mlock, 也, 限制在授權(quán)用戶上.

• 最重要的設(shè)備不能在用戶空間處理, 包括但不限于, 網(wǎng)絡(luò)接口和塊設(shè)備.

如你所見, 用戶空間驅(qū)動不能做的事情畢竟太多. 感興趣的應(yīng)用程序還是存在: 例如, 對 SCSI 掃描器設(shè)備的支持( 由 SANE 包實現(xiàn) )和 CD 刻錄器 ( 由 cdrecord 和別的工具實現(xiàn) ). 在兩種情況下, 用戶級別的設(shè)備情況依賴 "SCSI gneric" 內(nèi)核驅(qū)動, 它輸出了低層的 SCSI 功能給用戶程序, 因此它們可以驅(qū)動它們自己的硬件.

一種在用戶空間工作的情況可能是有意義的, 當(dāng)你開始處理新的沒有用過的硬件時. 這樣你可以學(xué)習(xí)去管理你的硬件, 不必?fù)?dān)心掛起整個系統(tǒng). 一旦你完成了, 在一個內(nèi)核模塊中封裝軟件就會是一個簡單操作了.