linux内核关闭网络巨帧xenomai,xenomai内核解析--双核系统调用(二)--应用如何区分xenomai/linux系统调用或服务...

1. 引出问题

上一篇文章xenomai内核解析--双核系统调用(一)以X86处理器为例，分析了xenomai内核调用的流程，读了以后可能会觉得缺了点什么，你可能会有以下疑问：

系统中的两个内核都是POSIX接口实现系统调用，那么我写一个POSIX接口的应用程序，怎样知道它调用的内核，或者说怎样成为运行在cobalt内核的RT应用，而不是普通linux应用？

对于同一个POSIX接口，可能我的程序中，既需要xenomai内核提供服务(xenomai 系统调用)，又需要调用linux内核提供服务(linux内核系统调用)，或者说既有libcobalt，又有glibc库，他们是如何实现或区分的？

2. 编译链接

对于问题1，答案是：由编译时链接的库决定，如果普通的编译，则该应用编译后是一个普通linux运用。如果要编译为xenomai应用，则需要链接到xenomai库，那如何设置编译链接参数？编译安装xenomai库后，可通过执行/usr/bin/xeno-config来获取。

$/usr/bin/xeno-config --help

xeno-config --verbose

--core=cobalt

--version="3.1"

--cc="gcc"

--ccld="/usr/bin/wrap-link.sh gcc"

--arch="x86"

--prefix="/usr"

--library-dir="/usr/lib"

Usage xeno-config OPTIONS

Options :

--help

--v,--verbose

--version

--cc

--ccld

--arch

--prefix

--auto-init|auto-init-solib|no-auto-init

--mode-check|no-mode-check

--cflags

--ldflags

--lib*-dir|libdir|user-libdir

--core

--info

--compat

复制代码

例如编译一个POSIX接口的实时应用,参数--cflags表示编译，指定接口(skin)--posix,就能得到编译该程序的gcc参数了：

$/usr/bin/xeno-config --posix --cflags

-I/usr/include/xenomai/cobalt -I/usr/include/xenomai -D_GNU_SOURCE -D_REENTRANT -fasynchronous-unwind-tables -D__COBALT__ -D__COBALT_WRAP__

复制代码

再看链接，--ldflags表示链接,如下得到链接参数：

$/usr/bin/xeno-config --ldflags --posix

-Wl,--no-as-needed -Wl,@/usr/lib/cobalt.wrappers -Wl,@/usr/lib/modechk.wrappers /usr/lib/xenomai/bootstrap.o -Wl,--wrap=main -Wl,--dynamic-list=/usr/lib/dynlist.ld -L/usr/lib -lcobalt -lmodechk -lpthread -lrt

复制代码

这样就将POSIX接口源码编译成一个xenomai可执行程序了。通常我们会将获取编译参数的操作直接放到Makefile里，编译时直接执行获取使用，这里给一个简单的Makefile示例如下：

XENO_CONFIG := /usr/xenomai/bin/xeno-config

PROJPATH = .

CFLAGS := $(shell $(XENO_CONFIG) --posix --alchemy --cflags)

LDFLAGS := $(shell $(XENO_CONFIG) --posix --alchemy --ldflags)

INCFLAGS= -I$(PROJPATH)/include/

EXECUTABLE := rt-task

src = $(wildcard ./*.c)

obj = $(patsubst %.c, %.o, $(src))

all: $(EXECUTABLE)

$(EXECUTABLE): $(obj)

$(CC) -g -o $@ $^ $(INCFLAGS) $(CFLAGS) $(LDFLAGS)

%.o:%.c

$(CC) -g -o $@ -c $< $(INCFLAGS) $(CFLAGS) $(LDFLAGS)

.PHONY: clean

clean:

rm -f $(EXECUTABLE) $(obj)

复制代码

3. libcobalt中的实现

下面来看问题2，既然我们已将一个接口链接到实时内核库libcobalt，当然由实时内核库libcobalt来区分该发起linux内核调用还是xenomai内核系统。与上一篇文章一样，以一个POSIX接口pthread_cretate()来解析libcobalt中的实现。

xenomai线程的创建流程比较复杂，需要先让linux创建普通线程，然后再由xenomai创建该线程的shadow 线程，即xenomai调度的实时线程，很符合我们上面的提出的问题2。说到这先简答介绍一下xenomai实时线程的创建，详细的创建流程后面会写专门写一篇文章解析，敬请期待。

pthread_cretate()不是一个系统调用，由NPTL(Native POSIX Threads Library)实现(NPTL是Linux 线程实现的现代版，由UlrichDrepper 和Ingo Molnar 开发，以取代LinuxThreads)，NPTL负责一个用户线程的用户空间栈创建、内存分配、初始化等工作，与linux内核配合完成线程的创建。每一线程映射一个单独的内核调度实体(KSE，Kernel Scheduling Entity)。内核分别对每个线程做调度处理。线程同步操作通过内核系统调用实现。

xenomai coblat作为实时任务的调度器，每个实时线程需要对应到 coblat调度实体，如果要创建实时线程就需要像linux那样NPTL与linux 内核深度结合，那么coblat与libcoblat实现将会变得很复杂。在这里，xenomai使用了一种方式，由NPTL方式去完成实时线程实体的创建(linux部分)，在普通线程的基础上附加一些属性，对应到xenomai cobalt内核实体时能被实时内核cobalt调度。

所以libcoblat库中的实时线程创建函数pthread_cretate最后还是需要使用 glibc的pthread_cretate函数，xenomai只是去扩展glibc pthread_cretate创建的线程，使这个线程可以在实时内核cobalt调度。

pthread_cretate()在libcobalt中pthread.h文件中定义如下：

COBALT_DECL(int, pthread_create(pthread_t *ptid_r,

const pthread_attr_t *attr,

void *(*start) (void *),

void *arg));

复制代码

COBALT_DECL宏在wrappers.h中如下,展开上面宏，会为pthread_create()生成三个类型函数：

#define __WRAP(call)__wrap_ ## call

#define __STD(call)__real_ ## call

#define __COBALT(call)__cobalt_ ## call

#define __RT(call)__COBALT(call)

#define COBALT_DECL(T, P)\

__typeof__(T) __RT(P);\

__typeof__(T) __STD(P); \

__typeof__(T) __WRAP(P)

int __cobalt_pthread_create(pthread_t *ptid_r,

const pthread_attr_t *attr,

void *(*start) (void *),

void *arg);

int __wrap_pthread_create(pthread_t *ptid_r,

const pthread_attr_t *attr,

void *(*start) (void *),

void *arg);

int __real_pthread_create(pthread_t *ptid_r,

const pthread_attr_t *attr,

void *(*start) (void *),

void *arg);

复制代码

声明pthread_create()函数的这三个宏意思为:

__RT(P):__cobalt_pthread_create 表示Cobalt实现的POSIX函数

__STD(P):__real_pthread_create表示原始的POSIX函数(Linux glibc实现)，cobalt库内部通过它来表示调用原始的POSIX函数(glibc NPTL).

__WRAP(P)：__wrap_pthread_create是__cobalt_pthread_create 的弱别名，如果编译器编译时知道有该函数其它的实现，该函数就会被覆盖。

主要关注前面两个，对于最后一个宏，如果外部库想覆盖已有的函数，应提供其自己的__wrap_pthread_create()实现，来覆盖Cobalt实现的pthread_create()版本。原始的Cobalt实现仍可以引用为__COBALT(pthread_create)。由宏COBALT_IMPL来定义：

#define COBALT_IMPL(T, I, A)\

__typeof__(T) __wrap_ ## I A __attribute__((alias("__cobalt_" __stringify(I)), weak));\

__typeof__(T) __cobalt_ ## I A

复制代码

最后cobalt库函数pthread_create实现主体为(xenomai3.x.x\lib\cobalt\thread.c)：

COBALT_IMPL(int, pthread_create, (pthread_t *ptid_r,

const pthread_attr_t *attr,

void *(*start) (void *), void *arg))

{

pthread_attr_ex_t attr_ex;

......

return pthread_create_ex(ptid_r, &attr_ex, start, arg);

}

复制代码

COBALT_IMPL定义了__cobalt_pthread_create函数及该函数的一个弱别名__wrap_pthread_create,调用这两个函数执行的是同一个函数体。

对于 NPTL函数pthread_create,在Cobalt库里使用__STD()修饰，展开后即__real_pthread_create()，其实只是NPTL pthread_create()的封装，__real_pthread_create()会直接调用 NPTL pthread_create,在lib\cobalt\wrappers.c实现如下：

/* pthread */

__weak

int __real_pthread_create(pthread_t *ptid_r,

const pthread_attr_t * attr,

void *(*start) (void *), void *arg)

{

return pthread_create(ptid_r, attr, start, arg);

}

复制代码

它调用的就是glibc中的pthread_create函数.同样我们接着__cobalt_pthread_create()看哪里调用的.

int pthread_create_ex(pthread_t *ptid_r,

const pthread_attr_ex_t *attr_ex,

void *(*start) (void *), void *arg)

{

......

__STD(sem_init(&iargs.sync, 0, 0));

ret = __STD(pthread_create(&lptid, &attr, cobalt_thread_trampoline, &iargs));/*__STD 调用标准库的函数*/

if (ret) {

__STD(sem_destroy(&iargs.sync));

return ret;

}

__STD(clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &timeout));

.....

}

复制代码

下面再看另一个例子，实时任务在代码中使用了linux的网络套接字(xenomai任务也是一个linux任务，也可以使用linux来提供服务，只不过会影响实时性)，有以下代码，：

....

int sockfd,ret;

struct sockaddr_in addr;

sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

.....

bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(struct sockaddr_in));

....

复制代码

该代码编译时链接到了libcobalt，socket()函数即libcobalt中的__cobalt_socket()，其定义在xenomai-3.x.x\lib\cobalt\rtdm.c,如下：

COBALT_IMPL(int, socket, (int protocol_family, int socket_type, int protocol))

{

int s;

s = XENOMAI_SYSCALL3(sc_cobalt_socket, protocol_family,

socket_type, protocol);

if (s < 0) {

s = __STD(socket(protocol_family, socket_type, protocol));

}

return s;

}

复制代码

可以看到，libcobalt中的函数会先尝试调用实时内核cobalt的系统调用，当cobalt系统调用不成功的时候才继续尝试通过__STD()宏来调用linux系统调用(cobalt内核根据socket协议类型参数PF_INET,SOCK_STREAM判断)，这样就有效的分清了是linux系统调用还是xenomai系统调用。

一般情况下，可以直接在代码中使用__STD()宏指明我们调用的linux内核的服务,修改如下：

....

int sockfd,ret;

struct sockaddr_in addr;

sockfd = __STD(socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0));

.....

__STD(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(struct sockaddr_in)));

....

复制代码

现在一切都明了了，一个函数编译时通过参数链接到xenomai库后，通过__STD()宏来表示使用linux接口。

4. 总结

在实时程序或实时库libcobalt中，通过__STD()宏来表示使用linux接口。