内核到用户空间的低延迟通信答案

【问题标题】：Kernel to user space communication with low latency内核到用户空间的低延迟通信
【发布时间】：2018-05-07 09:09:49
【问题描述】：

有很多方法可以进行内核-用户空间通信。 哪个延迟最低？（即 ISR 和唤醒函数之间的时间）。

（旁注：是的，我可以对它们进行基准测试，我问这个问题的原因是因为我可能不知道所有可能的解决方案）

【问题讨论】：

【解决方案1】：

中断处理程序可以直接写入进程提供的映射内存范围，而进程正忙于等待该内存位置更改。这甚至可以在上半部分执行，并且应该为您提供尽可能低的延迟。确保提供的内存位置被锁定在物理内存中，因为它在 isr 期间无法被分页。

可以使用数据包套接字和 PACKET_MMAP 找到类似的方法，其中内核和用户空间之间的通信通过共享内存空间进行（请参阅Kernel Documentation）。

如果您不关心通过操作系统进行资源管理（因为您只有一个应用程序等待外部输入），您也可以选择直接从用户空间访问硬件（使用 iopl/inb/outb 和朋友）。

【讨论】：

我实际上在考虑与投票类似，但不确定这是否是个好主意，但既然你也这么说，我会试一试。例如：在内核模块中创建一个缓冲区并将其物理地址传递给用户应用程序。然后用户应用程序可以映射到 /dev/mem 以轮询模式访问此物理内存。这就是你的想法吗？
关于直接从用户空间访问硬件，你的意思是不使用中断，而是通过直接检查GPIO引脚的状态来进行轮询？我得到正确了吗？这将是一种有趣的方法，我不知何故没有考虑过。
@zupazt3 是的，如果直接从用户空间操作，中断是不可能的。有几种可能如何共享内存页面，你的方法是一种有效的方式，是的。也可以在用户空间中映射页面并通过“ioctl()”或类似方法将虚拟地址提供给驱动程序，但你必须关心虚拟地址的转换。

【解决方案2】：

进程等待内核唤醒它的标准方法是使用 poll() 系统调用和设备驱动程序的中断处理程序来唤醒任何等待它的线程。

您的 4 个项目符号中列出的最长延迟操作是唤醒应用程序线程，因此如果您需要更短的延迟，您需要线程处于唤醒状态但等待事件。

我使用的最低延迟机制是让中断在应用程序进程中写入一个字，并让一个线程读取该字并在值更改时继续执行。实际上，用户空间和内核空间之间的自旋锁。当您可以将一个 CPU 内核专用于自旋锁或当您预计等待时间非常短时，请使用此机制。

您可以使用 ioctl() 将用户空间指针传递给驱动程序，以便它知道要更新哪个字。

【讨论】：