从Linux内核调用用户空间应用程序(3)

Usermode-helper API 内部

在 kernel/kmod.c 中可以找到 usermode-helper API 的源代码 和 API(展示了主要的用作内核空间的内核模块加载器)。这个实现使用 kernel_execve 完成脏工作(dirty work)。请注意 kernel_execve 是在启动时开启 init 进程的函数,而且未使用 usermode-helper API。

usermode-helper API 的实现相当简单直观(见图 2)。usermode-helper 从调用 call_usermodehelper_exec 开始执行(它用于从预先配置好的 subprocess_info 结构中清除用户空间应用程序)。该函数接受两个参数:subprocess_info 结构引用和一个枚举类型(不等待、等待进程中止及等待进程完全结束)。subprocess_info(或者是,该结构的 work_struct 元素)然后被压入工作队列(khelper_wq),然后队列异步执行调用。


图 2. usermode-helper API 内部实现

usermode-helper API 的内部实现


当一个元素放入 khelper_wq 时,工作队列的处理函数就被调用(本例中是__call_usermodehelper),它在 khelper 线程中运行。该函数从将 subprocess_info 结构出队开始,此结构包含所有用户空间调用所需信息。该路径下一步取决于 wait 枚举变量。如果请求者想要等整个进程结束,包含用户空间调用(UMH_WAIT_PROC)或者是根本不等待(UMH_NO_WAIT),那么会从 wait_for_helper 函数创建一个内核线程。否则,请求者只是等待用户空间应用程序被调用(UMH_WAIT_EXEC),但并不完全。这种情况下,会为____call_usermodehelper() 创建一个内核线程。

在 wait_for_helper 线程中,会安装一个 SIGCHLD 信号处理函数,并为 ____call_usermodehelper 创建另一个内核线程。但在 wait_for_helper 线程中,会调用 sys_wait4 来等待 ____call_usermodehelper 内核线程(由 SIGCHLD 信号指示)结束。然后线程执行必要的清除工作(为 UMH_NO_WAIT 释放结构空间或简单地向 call_usermodehelper_exec() 回送一个完成报告)。

函数 ____call_usermodehelper 是实际让应用程序在用户空间启动的地方。该函数首先解锁所有信号并设置会话密钥环。它还安装了 stdin 管道(如果有请求)。进行了一些安装以后,用户空间应用程序通过 kernel_execve(来自 kernel/syscall.c)被调用,此文件包含此前定义的 path、argv 清单(包含用户空间应用程序名称)以及环境。当该进程完成后,此线程通过调用 do_exit() 而产生。

该进程还使用了 Linux 的 completion,它是像信号一样的操作。当 call_usermodehelper_exec 函数被调用后,就会声明 completion。当 subprocess_info 结构放入 khelper_wq 后,会调用 wait_for_completion(使用 completion 变量作为参数)。请注意此变量会存储到 subprocess_info 结构作为 complete 字段。当子线程想要唤醒 call_usermodehelper_exec 函数,会调用内核方法 complete,并判断来自 subprocess_info 结构的 completion 变量。该调用会解锁此函数使其能继续。可以在 include/linux/completion.h 中找到 API 的实现。

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