CN103942149A - 用户态程序与内核交互报文的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用户态程序与内核交互报文的方法及系统，涉及操作系统技术领域，本发明通过设置内核和用户态程序共享的内存，当内核有报文发送给用户态程序时，仅需改变内存的数值，用户态程序在初始化过程中映射了该内存，因此可以读到该数值，用户态程序通过简单的读取该数值来判断是否有报文，如果有报文再去收取报文，避免了不停的系统调用，同时避免了大量的无效操作，提高了整个系统的性能。

Description

用户态程序与内核交互报文的方法及系统

技术领域

本发明涉及操作系统技术领域，特别涉及一种用户态程序与内核交互报文的方法及系统。

背景技术

各种基于操作系统（例如：linux）开发的用户态程序，都不可避免的会和内核有报文交互，用户态程序可能是要内核将网络报文发送出去，也可能是要把报文交给内核进入协议栈。

现有技术方法中的用户态程序和内核之间的交互方法为：通过在用户态创建一个线程，该线程不停的通过系统调用来获取内核发送过来的数据，当内核有数据发给用户态程序时，该系统调用执行成功，当没有数据发给用户态程序时，该系统调用执行失败，但由于是通过线程不停的系统调用来获取内核发送过来的数据，在操作系统正常的运行状态下，大部分时间内核不会给用户态程序发送报文，而大量系统调用使整个系统的性能大幅下降。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提高系统的性能。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用户态程序与内核交互报文的方法，所述方法包括以下步骤：

S1：内核申请一块物理地址连续的内存，并将所述内存设置为与用户态程序共享；

S2：当所述内核向所述用户态程序发送报文时，则改变所述内存中所存储的数值；

S3：所述用户态程序读取所述内存中所存储的数值，并判断所述内存中所存储的数值是否被改变，若所述数值被改变，则认定为所述内核向所述用户态程序发送了报文，并进行报文接收。

其中，步骤S1包括：

S101：内核申请一块物理地址连续的内存，并将申请到内存的虚拟地址转换成物理地址；

S102：用户态程序获取所述内存的物理地址和大小，并将所述内存的物理地址通过mmap接口及所述内存大小转换为用户态程序能访问的虚拟地址；

S103：内核通过全局指针g_pkernel来指向所述内存，用户态程序通过全局指针g_pusr来指向所述内存，以实现内核与用户态程序共享所述内存。

其中，步骤S2中，所述内核通过下式改变所述内存中所存储的数值，

(*(size_t*)g_pkernel)+=1，

其中，*(size_t*)g_pkernel为size_t*类型的全局指针g_pkernel所指向的内存中的数值，+=1为自加1运算。

其中，步骤S3中，所述用户态程序通过比较var和*(size_t*)g_pusr来判断所述内存中所存储的数值是否被改变，当var和*(size_t*)g_pusr不相等时，则认定为所述内核向所述用户态程序发送了报文，var+=1，并进行报文接收；

其中，var为初值为0的变量，*(size_t*)g_pusr为size_t*类型的全局指针g_pusr所指向的内存中的数值。

其中，所述内核为linux操作系统的内核。

本发明还公开了一种用户态程序与内核交互报文的系统，所述系统包括：内核和用户态程序，

所述内核，用于申请一块物理地址连续的内存，并将所述内存设置为与用户态程序共享；

所述内核，进一步用于向所述用户态程序发送报文时，改变所述内存中所存储的数值；

所述用户态程序，用于读取所述内存中所存储的数值，并判断所述内存中所存储的数值是否被改变，若所述数值被改变，则认定为所述内核向所述用户态程序发送了报文，并进行报文接收。

其中，所述内核，进一步用于申请一块物理地址连续的内存，并将申请到内存的虚拟地址转换成物理地址；

所述用户态程序，进一步用于获取所述内存的物理地址和大小，并将所述内存的物理地址通过mmap接口及所述内存大小转换为用户态程序能访问的虚拟地址；

所述内核，进一步用于通过全局指针g_pkernel来指向所述内存，用户态程序通过全局指针g_pusr来指向所述内存，以实现内核与用户态程序共享所述内存。

其中，所述内核通过下式改变所述内存中所存储的数值，

(*(size_t*)g_pkernel)+=1，

其中，*(size_t*)g_pkernel为size_t*类型的全局指针g_pkernel所指向的内存中的数值，+=1为自加1运算。

其中，所述用户态程序通过比较var和*(size_t*)g_pusr来判断所述内存中所存储的数值是否被改变，当var和*(size_t*)g_pusr不相等时，则认定为所述内核向所述用户态程序发送了报文，var+=1，并进行报文接收；

其中，var为初值为0的变量，*(size_t*)g_pusr为size_t*类型的全局指针g_pusr所指向的内存中的数值。

其中，所述内核为linux操作系统的内核。

（三）有益效果

本发明通过设置内核和用户态程序共享的内存，当内核有报文发送给用户态程序时，仅需改变内存的数值，用户态程序在初始化过程中映射了该内存，因此可以读到该数值，用户态程序通过简单的读取该数值来判断是否有报文，如果有报文再去收取报文，避免了不停的系统调用，同时避免了大量的无效操作，提高了整个系统的性能。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的用户态程序与内核交互报文的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是本发明一种实施方式的用户态程序与内核交互报文的方法流程图；参照图1，所述方法包括以下步骤：

S1：内核申请一块物理地址连续的内存，并将所述内存设置为与用户态程序共享；

S2：当所述内核向所述用户态程序发送报文时，则改变所述内存中所存储的数值；

S3：所述用户态程序读取所述内存中所存储的数值，并判断所述内存中所存储的数值是否被改变，若所述数值被改变，则认定为所述内核向所述用户态程序发送了报文，并进行报文接收。

为了方便访问内存，优选地，步骤S1包括：

S101：内核申请一块物理地址连续的内存，并将申请到内存的虚拟地址转换成物理地址；

S102：用户态程序获取（可在用户态程序初始化时，通过系统调用等方法来获取）所述内存的物理地址kernel_vir和大小，并将所述内存的物理地址通过mmap接口及所述内存大小转换为用户态程序能访问的虚拟地址phyaddr；

S103：内核通过全局指针g_pkernel来指向所述内存，用户态程序通过全局指针g_pusr来指向所述内存，以实现内核与用户态程序共享所述内存。

为便于改变内存中存储的数值，优选地，步骤S2中，所述内核通过下式改变所述内存中所存储的数值，

(*(size_t*)g_pkernel)+=1，

其中，*(size_t*)g_pkernel为size_t*类型的全局指针g_pkernel所指向的内存中的数值，+=1为自加1运算。

为便于确认内核是否向用户态程序发送了报文，优选地，步骤S3中，所述用户态程序通过比较var和*(size_t*)g_pusr来判断所述内存中所存储的数值是否被改变，当var和*(size_t*)g_pusr不相等时，则认定为所述内核向所述用户态程序发送了报文，var+=1，并进行报文接收；

其中，var为初值为0的变量，*(size_t*)g_pusr为size_t*类型的全局指针g_pusr所指向的内存中的数值（由于内核和用户态程序共享所述内存，故而当内核对内存中存储的数值进行改变后，则用户态程序读取到的所述内存中所存储的数值也发生了相应改变）；size_t是在标准C库中定义的，在32位系统中时，其为unsigned int，是4字节的（即32位）；在64位系统中时，其为long unsigned int，是8字节的（即64位），利用该类型可以增强程序的可移植性。

在具体判断所述内存中所存储的数值是否被改变时，可由用户态程序在初始化时，创建一个线程，该线程里面有如下指令：

static size_t var=0；声明一个静态变量var

if(var==*(size_t*)g_pusr)说明内核没有向用户态程序发送报文

else说明var和*(size_t*)g_pusr不相等了，表明内核向用户态程序发送了报文，此时用户态程序可以通过系统调用等方法去收取报文，然后设置var+=1，说明用户态程序已经收到了一个报文，下次线程轮训时，如果var和*(size_t*)g_pusr相等，说明已经没有报文了，如果不相等说明还有报文。

上述指令，当内核有报文发送给用户态程序时，将内存数值仅需做加1的改写，用户态程序在初始化过程中映射了该内存，因此可以读到该数值，线程每次轮训时通过简单的读取该数值来判断是否有报文，如果有报文再通过系统调用去收取报文，避免了不停的系统调用，避免了大量的无效操作，提高了整个系统的性能。

优选地，所述内核为linux操作系统的内核。

本发明还公开了一种用户态程序与内核交互报文的系统，所述系统包括：内核和用户态程序，

所述内核，用于申请一块物理地址连续的内存，并将所述内存设置为与用户态程序共享；

所述内核，进一步用于向所述用户态程序发送报文时，改变所述内存中所存储的数值；

所述用户态程序，用于读取所述内存中所存储的数值，并判断所述内存中所存储的数值是否被改变，若所述数值被改变，则认定为所述内核向所述用户态程序发送了报文，并进行报文接收。

优选地，所述内核，进一步用于申请一块物理地址连续的内存，并将申请到内存的虚拟地址转换成物理地址；

所述用户态程序，进一步用于获取所述内存的物理地址和大小，并将所述内存的物理地址通过mmap接口及所述内存大小转换为用户态程序能访问的虚拟地址；

所述内核，进一步用于通过全局指针g_pkernel来指向所述内存，用户态程序通过全局指针g_pusr来指向所述内存，以实现内核与用户态程序共享所述内存。

优选地，所述内核通过下式改变所述内存中所存储的数值，

(*(size_t*)g_pkernel)+=1，

其中，*(size_t*)g_pkernel为size_t*类型的全局指针g_pkernel所指向的内存中的数值，+=1为自加1运算。

优选地，所述用户态程序通过比较var和*(size_t*)g_pusr来判断所述内存中所存储的数值是否被改变，当var和*(size_t*)g_pusr不相等时，则认定为所述内核向所述用户态程序发送了报文，var+=1，并进行报文接收；

其中，var为初值为0的变量，*(size_t*)g_pusr为size_t*类型的全局指针g_pusr所指向的内存中的数值。

优选地，所述内核为linux操作系统的内核。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用户态程序与内核交互报文的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：内核申请一块物理地址连续的内存，并将所述内存设置为与用户态程序共享；

S2：当所述内核向所述用户态程序发送报文时，则改变所述内存中所存储的数值；

S3：所述用户态程序读取所述内存中所存储的数值，并判断所述内存中所存储的数值是否被改变，若所述数值被改变，则认定为所述内核向所述用户态程序发送了报文，并进行报文接收。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1包括：

S101：内核申请一块物理地址连续的内存，并将申请到内存的虚拟地址转换成物理地址；

S102：用户态程序获取所述内存的物理地址和大小，并将所述内存的物理地址通过mmap接口及所述内存大小转换为用户态程序能访问的虚拟地址；

S103：内核通过全局指针g_pkernel来指向所述内存，用户态程序通过全局指针g_pusr来指向所述内存，以实现内核与用户态程序共享所述内存。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述内核通过下式改变所述内存中所存储的数值，

(*(size_t*)g_pkernel)+=1，

其中，*(size_t*)g_pkernel为size_t*类型的全局指针g_pkernel所指向的内存中的数值，+=1为自加1运算。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述用户态程序通过比较var和*(size_t*)g_pusr来判断所述内存中所存储的数值是否被改变，当var和*(size_t*)g_pusr不相等时，则认定为所述内核向所述用户态程序发送了报文，var+=1，并进行报文接收；

其中，var为初值为0的变量，*(size_t*)g_pusr为size_t*类型的全局指针g_pusr所指向的内存中的数值。

5.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，所述内核为linux操作系统的内核。

6.一种用户态程序与内核交互报文的系统，其特征在于，所述系统包括：内核和用户态程序，

所述内核，用于申请一块物理地址连续的内存，并将所述内存设置为与用户态程序共享；

所述内核，进一步用于向所述用户态程序发送报文时，改变所述内存中所存储的数值；

所述用户态程序，用于读取所述内存中所存储的数值，并判断所述内存中所存储的数值是否被改变，若所述数值被改变，则认定为所述内核向所述用户态程序发送了报文，并进行报文接收。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述内核，进一步用于申请一块物理地址连续的内存，并将申请到内存的虚拟地址转换成物理地址；

所述用户态程序，进一步用于获取所述内存的物理地址和大小，并将所述内存的物理地址通过mmap接口及所述内存大小转换为用户态程序能访问的虚拟地址；

所述内核，进一步用于通过全局指针g_pkernel来指向所述内存，用户态程序通过全局指针g_pusr来指向所述内存，以实现内核与用户态程序共享所述内存。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述内核通过下式改变所述内存中所存储的数值，

(*(size_t*)g_pkernel)+=1，

其中，*(size_t*)g_pkernel为size_t*类型的全局指针g_pkernel所指向的内存中的数值，+=1为自加1运算。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述用户态程序通过比较var和*(size_t*)g_pusr来判断所述内存中所存储的数值是否被改变，当var和*(size_t*)g_pusr不相等时，则认定为所述内核向所述用户态程序发送了报文，var+=1，并进行报文接收；

其中，var为初值为0的变量，*(size_t*)g_pusr为size_t*类型的全局指针g_pusr所指向的内存中的数值。

10.如权利要求6～9中任一项所述的系统，其特征在于，所述内核为linux操作系统的内核。