Как эффективно реализовать асинхронный ввод-вывод в ядре

Эти «асинхронные» операции ввода-вывода — еще одна иллюзия KERNEL и службы драйверов. Я возьму пример драйвера Wi-Fi. (то есть сеть).

1. RX

1) Если пакеты приходят, Wi-Fi H/W будет генерировать прерывания и DMA кадра dot11 или dot3 в DRAM (это зависит от Wi-Fi H/W. В настоящее время большинство современных Wi-Fi HW преобразует пакеты в HW - на самом деле FW на ХВ).

2) Драйвер Wi-Fi (работающий в ядре) должен обрабатывать несколько вещей, связанных с Wi-Fi, но, скорее всего, он сформирует буфер сокета (skb), а затем отправит skbs в ядро ​​​​Linux. Обычно это происходит в NET_RX_SOFTIRQ или вы можете создать свой собственный поток.

3) Пакеты приходят в стек Linux. Вы можете отправить его в пространство пользователя. Это происходит в "__netif_receive_skb_core", и если пакет "IP", первый rx_handler будет "ip_rcv()".

4) IP-пакеты перемещаются к обработчику транспортного уровня, который называется udp_rcv() / tcp_rcv(). Чтобы отправить пакеты на транспортный уровень, вам нужно пройти через уровень сокетов, и в конечном итоге вы сформируете связанный список пакетов (вы можете сказать Q) на конкретном сокете.

5) Насколько я понимаю, этот "Q" - это очередь на подачу пакета в пространство пользователя. Здесь вы можете сделать «асинхронный» или «синхронный» ввод-вывод.

2. TX

1) Пакеты проходят через транспортный уровень KERNEL и уровень IP, и, в конце концов, вызывается ваш обработчик TX netdev (hard_start_xmit или ndo_xmit_start). По сути, если ваш netdev (например, eth0 или wifi0) является сетевым устройством, он подключен к вашей функции драйвера Ethernet «TX» или функции драйвера Wi-Fi «TX». Это обратный вызов, и он обычно настраивается при запуске драйвера.

2) На данном этапе ваши пакеты уже преобразованы в "skb"

3) В обратном вызове он подготовит все заголовки и дескрипторы и сделает DMA.

4) Как только TX передается на HW, HW генерирует прерывание, и вам нужно освободить пакет.

Я хочу сказать, что ваш сетевой ввод-вывод уже работает как «асинхронный» на уровне прямого доступа к памяти и драйвера. Большинство современных драйверов могут иметь для этого отдельный контекст. Для TX он будет использовать поток, тасклет или NET_TX_SOFTIRQ. Для RX, если мы используем «NAPI», он будет использовать NET_RX_SOFTIRQ. или он также может использовать поток и тасклет.

Все это происходит независимо на основе «прерывания» или какого-либо другого триггера.

«Синхронный ввод-вывод» в основном моделируется на верхнем прикладном уровне. Итак, если вы переписываете свой уровень сокетов в ядре, вы можете делать все, что хотите, поскольку нижний уровень уже работает так, как вы хотите.