Relay：一种内核到用户空间的高效数据传输技术（2）
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Relay：一种内核到用户空间的高效数据传输技术（2）
Relay的主要API前面提到的 relay_write() 就是 relay API 之一。除此以外，Relay 还提供了更多的 API来支持用户程序完整的使用 relay。这些 API，主要按照面向用户空间和面向内核空间分为两大类，下面我们来分别进行介绍。
面向用户空间的 API这些 Relay 编程接口向用户空间程序提供了访问 relay 通道缓冲区数据的基本操作的入口，包括：
- open() - 允许用户打开一个已经存在的通道缓冲区
- mmap() - 使通道缓冲区被映射到位于用户空间的调用者的地址空间。要特别注意的是，我们不能仅对局部区域进行映射。也就是说，必须映射整个缓冲区文件，其大小是 CPU的个数和单个 CPU 缓冲区大小的乘积
- read() - 读取通道缓冲区的内容。这些数据一旦被读出，就意味着他们被用户空间的程序消费掉了，也就不能被之后的读操作看到
- sendfile() - 将数据从通道缓冲区传输到一个输出文件描述符。其中可能的填充字符会被自动去掉，不会被用户看到
- poll() - 支持 POLLIN/POLLRDNORM/POLLERR 信号。每次子缓冲区的边界被越过时，等待着的用户空间程序会得到通知
- close() - 将通道缓冲区的引用数减1。当引用数减为0时，表明没有进程或者内核用户需要打开它，从而这个通道缓冲区被释放。
面向内核空间的 API这些API接口向位于内核空间的用户提供了管理relay通道、数据写入等功能。下面介绍其中主要的部分，完整的API接口列表请参见这里。
- relay_open() - 创建一个relay通道，包括创建每个CPU对应的relay缓冲区。
- relay_close() - 关闭一个relay通道，包括释放所有的relay缓冲区，在此之前会调用relay_switch()来处理这些relay缓冲区以保证已读取但是未满的数据不会丢失
- relay_write() - 将数据写入到当前CPU对应的relay缓冲区内。由于它使用了local_irqsave()保护，因此也可以在中断上下文中使用。
- relay_reserve() - 在relay通道中保留一块连续的区域来留给未来的写入操作。这通常用于那些希望直接写入到relay缓冲区的用户。考虑到性能或者其它因素，这些用户不希望先把数据写到一个临时缓冲区中，然后再通过relay_write()进行写入。
Relay的例子我们用一个最简单的例子来介绍怎么使用Relay。这个例子由两部分组成：一部分是位于内核空间将数据写入relay文件的程序，使用时需要作为一个内核模块被加载；另一部分是位于用户空间从relay文件中读取数据的程序，使用时作为普通用户态程序运行。
内核空间的程序主要操作是：
- 加载模块时，打开一个relay通道，并且往打开的relay通道中写入消息；
- 卸载模块时，关闭relay通道。
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| /*
* hello-mod.c
* a kernel-space client example of relayfs filesystem
*/
#include <linux/module.h>
#include <linux/relayfs_fs.h>
static struct rchan *hello_rchan;
int init_module(void)
{
const char *msg="Hello world\n";
hello_rchan = relay_open("cpu", NULL, 8192, 2, NULL);
if(!hello_rchan){
printk("relay_open() failed.\n");
return -ENOMEM;
}
relay_write(hello_rchan, msg, strlen(msg));
return 0;
}
void cleanup_module(void)
{
if(hello_rchan) {
relay_close(hello_rchan);
hello_rchan = NULL;
}
return;
}
MODULE_LICENSE ("GPL");
MODULE_DESCRIPTION ("Simple example of Relay");
|
用户空间的函数主要操作是：
- 如果relayfs文件系统还没有被mount，则将其mount到目录/mnt/relay上；
- 遍历每一个CPU对应的缓冲文件
- 最后，umount掉relay文件系统。
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| /*
* audience.c
* a user-space client example of relayfs filesystem
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mount.h>
#include <fcntl.h>
#include <sched.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#define MAX_BUFLEN 256
const char filename_base[]="/mnt/relay/cpu";
// implement your own get_cputotal() before compilation
static int get_cputotal(void);
int main(void)
{
char filename[128]={0};
char buf[MAX_BUFLEN];
int fd, c, i, bytesread, cputotal = 0;
if(mount("relayfs", "/mnt/relay", "relayfs", 0, NULL)
&& (errno != EBUSY)) {
printf("mount() failed: %s\n", strerror(errno));
return 1;
}
cputotal = get_cputotal();
if(cputotal <= 0) {
printf("invalid cputotal value: %d\n", cputotal);
return 1;
}
for(i=0; i<cputotal; i++) {
// open per-cpu file
sprintf(filename, "%s%d", filename_base, i);
fd = open(filename, O_RDONLY);
if (fd < 0) {
printf("fopen() failed: %s\n", strerror(errno));
return 1;
}
// read per-cpu file
bytesread = read(fd, buf, MAX_BUFLEN);
while(bytesread > 0) {
buf[bytesread] = '\0';
puts(buf);
bytesread = read(fd, buf, MAX_BUFLEN);
};
// close per-cpu file
if(fd > 0) {
close(fd);
fd = 0;
}
}
if(umount("/mnt/relay") && (errno != EINVAL)) {
printf("umount() failed: %s\n", strerror(errno));
return 1;
}
return 0;
}
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上面这个例子给出了使用relay的一个最简单的情形，并没有实际用处，但是形象描述了从用户空间和内核空间两个方面使用relay的基本流程。实际应用中对relay的使用当然要比这复杂得多。更多的例子请参见relay的主页。 |
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