linux内核态与用户态通讯方式-guolele

内核态与用户态通讯方式

主要有几种：

1、procfs

2、系统调用(syscall)

3、netlink

4、mmap

5、驱动文件，统一API

proc 文件系统

特点：虚拟文件系统，提供一种便捷的用户和内核间的交互方式，一般用于调试日志以及配置参数

缺点：不够实时，无法传输大数据量

使用：创建proc文件驱动，然后像操作文件一样操作，驱动负责解析应用层的read write 请求

mmap

特点：直接用户空间与内核空间映射，直接操作，无需拷贝，可传输数据量大，实时性好。缺点：没有专门同步机制，需要配合别的操作使用，简单数据量不使用此方法，过于复杂使用：字符或者块设备驱动将内核空间地址提供mmap映射，此内核空间可在uboot中预留大空间，也可使用kmalloc(转小，连续物理内存) vmalloc(较大，连续虚拟内存，物理不连续)创建

在Linux内核中, kmalloc能够分配的最大连续内存为2的(MAX_ORDER-1)次方个page(参见alloc_pages函数, "if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) return NULL;"), page的大小一般是4K bytes, MAX_ORDER缺省定义为11, 所以如果不修改内核, kmalloc能够分配的最大连续内存一般是4M bytes.vmalloc 一般用于将非连续物理内存映射成连续虚拟内存空间以便普通使用，也有预留于超大内存>8GB，使用内核参数vmalloc=xxxM来将超大的空间用起来，64bit不存在这个问题了。

内核启动参数传递"mem="参数, 如"mem=80M", 预留部分内存; 然后通过request_mem_region和ioremap_nocache将预留的内存映射到模块中. 需要修改内核启动参数, 无需重新编译内核. 但这种方法不支持x86架构, 只支持ARM, PowerPC等非x86架构. request_mem_region只为了显示在/proc/iomem，只为了显示，不用也能正常用。ioremap 实现已知物理地址到虚拟地址的映射适用于物理地址已知的场合

举个例子：

首先mem=xx预留了20M，驱动就应该

先在初始化时，ioremap，将物理地址映射到内核的虚拟地址，

然后在mmap中，提供页(virt_to_page)将内核虚拟地址映射到页表，然后赋值VMA

然后用户层就可以直接操作内存，其中通知通过netlink或者read ioctl等来操作。

系统调用(syscall)

修改内核以及应用，新增加系统调用来完成一些

特点：非标准化，难破解

缺点：过于复杂，还得修改内核

使用：不推荐

驱动文件，统一API

特点：通过字符，块设备驱动，通过read write ioctl，再通过Copy_from_user()/copy_to_user()等来直接从用户空间拷贝到内核空间。此方法简单，不用额外写驱动

缺点：需要拷贝，效率不高，无法传输大数据。ioctl作为同步使用需要不断轮循，不够实时，read,write 可以阻塞，但语义不够明确

使用：简单场景需求小数据量使用

netlink

优点：netlink socket提供了一组类似于BSD风格的API，用于用户态和内核态的IPC。相比于其他的用户态和内核态IPC机制，netlink有几个好处：1.使用自定义一种协议完成数据交换，不需要添加一个文件等。2.可以支持多点传送。3.支持内核先发起会话。4.异步通信，支持缓存机制。

缺点：无法传输大数据量，例如视频数据。

使用：用于进程间通讯，配合mmap来做同步信息传递等，传输中等数据量数据