6.4非POSIXskin进程间通信

aspirestro三水哥2026-01-06 21:03

6.4 非POSIX skin进程间通信

Xenomai 实现的实时API，不仅包括 POSIX skin，还包括Alchemy‌ skin、VxWorks skin、pSOS skin。

这些非POSIX skin，支持进程间通信的前提，是在编译 Xenomai 用户层的时候，必须打开 --enable-pshared 选项！

6.4.1 原理

--enable-pshared 启用后，会定义 CONFIG_XENO_PSHARED 宏。此选项允许不同进程间共享资源，像共享内存、信号量等。启用 --enable-pshared 后，脚本会检查系统是否支持 shm_open 函数，若不支持则报错。

回顾用户层 RTOS API章节，针对非 POSIX skin，使用 xeno-config 获取链接标识时，会增加 -lcopperplate。libcopperplate库实现了一个接口转换层copperplate interface，其初始化接口为 copperplate_init。

复制代码 
copperplate_init
  -> get_session_root: 
  -> heapobj_pkg_init_private: initialize main private heap
    -> mem = malloc(size);
    -> ret = heapmem_init(&heapmem_main, mem, size);
  -> heapobj_pkg_init_shared: initialize main shared heap
    -> create_main_heap： Bind to (and optionally create) the main session's heap
      -> fd = shm_open(hobj->fsname, O_RDWR|O_CREAT, 0660); 
      -> m_heap = __STD(mmap(NULL, len, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0));

copperplate interface 会为实时应用在用户态创建私有堆内存 heapmem_main，和共享堆内存：

  • 共同点：二者都没有从 Cobalt 内核系统堆 sys heap 中分配内存，而是在用户态独立申请一块内存，使用各自的用户态内存分配器管理。
  • 不同点：私有堆通过 malloc 分配，共享堆通过 shm_open 打开共享内存，并通过 mmap 映射到应用程序。

首先介绍一下有堆内存 heapmem_main。

针对私有堆内存 heapmem_main，在用户层由三个分配器，默认使用 heapmem 分配器：

  • heapobj-malloc.c：本质上是 Linux 的 malloc。
  • heapobj-heapmem.c：heapmem 分配器(默认)。
  • heapobj-tlsf.c：tlsf 分配器。

下面详细介绍一下共享堆内存的创建原理：

  • 创建共享堆内存的函数 heapobj_pkg_init_shared，由 --enable-pshared 选项控制。

    • 如果没有打开 --enable-pshared 选项，heapobj_pkg_init_shared 仅仅是一个空函数。

      复制代码 
      static inline int heapobj_pkg_init_shared(void)
{
  return 0;
}

    • 如果打开了 --enable-pshared 选项，则 heapobj_pkg_init_shared 定义在 lib/copperplate/heapobj-pshared.c 。

  • 共享堆内存本质上基于POSIX共享内存实现的
    • 通过 shm_open 打开共享内存，通过 mmap 映射到应用程序。
    • 只要确保 shm_open 的共享内存名称相同，那么不同的进程将会使用同一块内存。O_CREAT 确保了要么新建，要么使用已经创建的同名共享内存。
  • 每个进程的共享堆内存的名称，被称为 session，提前在 get_session_root 初始化。
    • 应用启动时，传入 --session=<label>[/<group>] ，可以指定 session 名称。
    • 如果没有指定，默认情况下，session 的值为 anon@线程ID，例如 anon@12656。

综上，不同进程在启动时，通过 --session=<label>[/<group>] 传入相同的 session 名称，则各个进程会使用同一块内存作为共享堆内存。在进程运行过程中，申请共享对象时，会从共享堆内存中申请内存空间。

以 Alchemy‌ skin 中的 rt_queue_create 为例:

复制代码 
rt_queue_create
  -> heapobj_init
    -> 如果没有打开 `--enable-pshared` 选项
      -> __heapobj_init_private: 从私有堆内存申请
    -> 如果打开了 `--enable-pshared` 选项
      -> sheapmem_alloc: 从共享堆内存申请

最后，需要指出，只有链接了 libcopperplate 库的应用程序，才支持如下参数：

  • --mem-pool-size=<size[K|M|G]>

  • --shared-registry

  • --registry-root=

  • --session=[/]

    static void copperplate_help(void)
    {
    fprintf(stderr, "--mem-pool-size=<size[K|M|G]> size of the main heap\n");
    fprintf(stderr, "--no-registry suppress object registration\n");
    fprintf(stderr, "--shared-registry enable public access to registry\n");
    fprintf(stderr, "--registry-root=<path> root path of registry\n");
    fprintf(stderr, "--session=<label>[/<group>] enable shared session\n");
    }

    static struct setup_descriptor copperplate_interface = {
    .name = "copperplate",
    .init = copperplate_init,
    .options = copperplate_options,
    .parse_option = copperplate_parse_option,
    .help = copperplate_help,
    };

    copperplate_setup_call(copperplate_interface);

根据 copperplate_help 函数可知，只有链接了 libcopperplate 库的应用程序才能解析上述参数。换个角度来说，使用 POSIX skin 实现的应用程序并不支持这些参数，例如 Xenomai 自带的 latency 工具。

6.4.2 查看实时对象的信息

在编译 Xenomai 用户层的时候，打开 --enable-registry[=/registry-root-path] 选项，可以通过 FUSE 导出进程的注册表状态，可以通过读取这些文件来获取有关现有实时对象的信息，例如任务、信号量、消息队列等。导出的默认路径为/var/run/xenomai。

打开 --enable-registry[=/registry-root-path] 选项，构建 Xenomai 库时需要工具链中提供 FUSE 开发库，并且目标内核中必须启用 CONFIG_FUSE_FS。

针对应用程序来说，在链接时还必须增加 -lcopperplate 链接 libcopperplate 库。当然，对于非 POSIX skin，使用 xeno-config 获取链接标识时，总会自动增加 -lcopperplate。

导出的原理如下：

复制代码 
copperplate_init
    ->get_session_root
    ->registry_pkg_init
        ->connect_regd
            ->socket
            ->spawn_daemon
              -> sbin/sysregd
        ->__registry_pkg_init
            ->registry_add_dir("/");	/* Create the fs root. */
  • registry_pkg_init 函数
    • 打开 --enable-registry[=/registry-root-path] 选项，会生成 CONFIG_XENO_REGISTRY 宏定义，registry_pkg_init 函数定义在 lib/copperplate/registry.c。
    • 如果没有打开，则 registry_pkg_init 函数仅为一个空函数。
  • sysregd 守护进程
    • sysregd 守护进程负责在用户层挂载并构建 /var/run/xenomai/ 目录。
    • registry_pkg_init 如果通过 socket 无法连接到 sysregd 守护进程，则会自己发起此守护进程。
    • 可以自己手动发起 sysregd 守护进程
      • sysregd --root=/var/run/xenomai --shared --anon --daemonize --linger

以 Xenomai 源码自带的 altency 为例，它是 latency 的 Alchemy‌ skin 重新实现版本，默认会链接 libcopperplate 库。 Xenomai 源码编译完成后，altency 位于 xenomai-v3.2.4-build/demo/alchemy 目录，默认安装到 /usr/xenomai/demo 目录。

复制代码 
# ./altency
== Sampling period: 1000 us
== Test mode: periodic user-mode task
== All results in microseconds
warming up...
RTT|  00:00:01  (periodic user-mode task, 1000 us period, priority 99)
RTH|----lat min|----lat avg|----lat max|-overrun|---msw|---lat best|--lat worst
RTD|     70.585|    480.700|   1342.298|       4|     0|     70.585|   1342.298
RTD|     71.925|    544.017|   1402.927|       8|     0|     70.585|   1402.927
RTD|     80.641|    457.550|   1388.125|      10|     0|     70.585|   1402.927

altency 启动后，可以看到进程 PID 为 18839，同时启动了 sysregd 守护进程。

复制代码 
# cat /proc/xenomai/sched/threads
CPU  PID    CLASS  TYPE      PRI   TIMEOUT       STAT       NAME
  0  0      idle   core       -1   -             R          [ROOT/0]
  1  0      idle   core       -1   -             R          [ROOT/1]
  2  0      idle   core       -1   -             R          [ROOT/2]
  3  0      idle   core       -1   -             R          [ROOT/3]
  0  18839  rt     cobalt      0   -             X          altency
  0  18855  rt     cobalt      0   -             X          sysregd
  0  18857  rt     cobalt      0   -             X          sysregd
  0  18858  rt     cobalt      0   -             X          altency
  0  18859  rt     cobalt      0   -             W          alt-display-18839
  0  18860  rt     cobalt     99   -             Wt         alt-sampling-18839

查看 /var/run/xenomai 目录，可以看到 session 的默认名称为 anon\@18839：

复制代码 
# tree /var/run/xenomai/root/anon\@18839/
/var/run/xenomai/root/anon@18839/
|-- 18839
|   `-- alchemy
|       |-- semaphores
|       |   `-- dispsem-18839
|       `-- tasks
|           |-- alt-display-18839
|           `-- alt-sampling-18839
`-- system
    |-- heaps
    |-- threads
    `-- version

5 directories, 6 files

如果使用命令 ./altency --session=test 指定 session 的名字，那么session 的名称会变为指定的 test 。

复制代码 
# tree /var/run/xenomai/root/test/
/var/run/xenomai/root/test/
|-- 18912
|   `-- alchemy
|       |-- semaphores
|       |   `-- dispsem-18912
|       `-- tasks
|           |-- alt-display-18912
|           `-- alt-sampling-18912
`-- system
    |-- heaps
    |-- threads
    `-- version
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