我应该什么时候编写Linux内核模块？

Question

有些人出于某种原因想要在Linux中将代码从用户空间移动到内核空间。很多时候，原因似乎是代码应该具有特别高的优先级，或者只是“内核空间更快”。

这对我来说很奇怪。我什么时候应该考虑编写内核模块？是否有一套标准？

我如何激励在（我相信）属于那里的用户空间中保存代码？

Answer 1

经验法则：尝试使用绝对最佳将代码保存在用户空间中。如果你不认为可以，花费尽可能多的时间研究内核代码的替代品，就像编写代码一样（即：很长一段时间），然后再试一次在用户空间中实现它。如果仍然不能，请进行更多研究以确保您做出正确的选择，然后非常谨慎地进入内核。正如其他人所说的那样，极少有情况决定编写内核模块和调试内核代码可能非常糟糕，所以不惜一切代价明确指出。

对于在考虑编写内核模式代码时应该检查的具体条件，这里有几个：它是否需要访问极低级别的资源，例如中断？您的代码是否定义了一个新的接口/驱动程序，用于不能在当前导出的功能之上构建的硬件？您的代码是否需要访问未从内核空间导出的数据结构或基元？您是在编写主要由其他内核子系统使用的内容，例如调度程序或VM系统（即使在这里，子系统并非完全必须是内核模式：Mach强大支持用户模式虚拟内存寻呼机，所以绝对可以做到）？

Answer 2

将内容放入内核的原因非常有限。如果您正在编写设备驱动程序，那就没关系。任何标准应用：永远不会。

缺点是巨大的。调试变得更难，错误变得更加频繁且难以找到。您可能会危及安全性和稳定性。您可能必须更频繁地适应内核更改。无法移植到其他UNIX操作系统。

我最接近内核的是一个自定义文件系统（后台有mysql），甚至我们也使用了FUSE（U代表用户空间）。

Answer 3

我不确定问题是否正确。将内容移动到内核空间应该是一个很好的理由。如果没有任何理由，请不要这样做。

首先，调试变得更加困难，并且错误的影响更加严重（崩溃/恐慌而不是简单的coredump）。

Answer 4

内核中运行的代码以与用户空间代码不同的方式访问内存，外围设备，系统功能，因此能够提高效率。更不用说内核代码的安全限制减少了。但是，所有这些通常都需要付出代价，例如增加打开内核以抵御安全威胁的可能性，锁定操作系统，使调试复杂化等等。

Answer 5

基本上，我同意rpj。代码必须在用户空间，除非它真的是必要的。

但是，要强调你的问题，哪个条件？

有些人声称驱动程序必须在内核中，这是不正确的。有些司机不是时间敏感的，事实上很多司机都是这样的。

例如，成帧器，RTC计时器，i2c设备等。这些驱动程序可以轻松移动到用户空间。甚至有一些文件系统是用用户空间编写的。

你应该移动到开销的内核空间，例如。用户内核交换，使代码无法正常工作。

但是有很多方法可以解决这个问题。例如，/ dev / mem提供了一种访问物理内存的好方法，就像从内核空间那样。

当人们谈论转向RTOS时，我通常会持怀疑态度。 如今，处理器非常强大，大多数时候，实时方面都可以忽略不计。

但即便如此，让我们说，你正在处理SONET，你需要在50ms内进行保护切换（实际上甚至更少，因为50ms约束适用于整个环），你仍然可以非常快速地进行切换，如果您的硬件支持它。

如今，很多成帧器都可以为您提供硬件支持，从而减少您需要执行的写入量。你的工作基本上是尽快响应中断。 Linux也不差。我得到的中断延迟小于1ms，即使我有大量其他中断正在运行（例如IDE，以太网等）。

如果仍然不够，那么你的硬件设计可能就错了。有些事情最好留在硬件上。当我说硬件时，我指的是ASIC，FPGA，网络处理器或其他高级逻辑。

Answer 6

如果你的员工想要真正的高优先级，确定性，低延迟等，正确的方法是使用一些实时版本的Linux（或其他操作系统）。

另请参阅可抢占的内核选项等。您应该做什么取决于要求，但是将代码放在内核模块中可能不是正确的解决方案，除非您直接连接某些硬件。

Answer 7

作为一般规则。想想你想知道什么，如果这是你在操作系统开发书或类中看到的东西，那么它很有可能属于内核。如果没有，请将其保留在内核之外。如果你有充分的理由违反这条规则，请确保，你将有足够的知识自己了解它，或者你将与拥有这些知识的人合作。

是的，可能听起来很刺耳，但这正是我的意思，如果你不知道，那么几乎可以肯定答案是否定的，不要在内核中做到。将您的开发转移到内核空间会打开一大堆蠕虫，您必须确保能够处理这些蠕虫。

Answer 8

不将代码移入内核空间的另一个原因是，当您在生产或商业环境中使用它时，由于GPL协议，您必须发布该代码。许多软件公司不想进入的情况。 ：）

Answer 9

如果您只需要更低的延迟，更高的吞吐量等，购买速度更快的计算机可能更便宜，而不是开发内核代码。

内核模块可能更快（由于较少的上下文切换，较少的系统调用开销和较少的中断），并且当然执行以非常高的优先级运行。如果要将少量相当简单的代码导出到内核空间中，这可能没问题。也就是说，如果发现一小段代码对性能至关重要，和就是那种可以从内核模式中获益的代码，那么将它放在那里可能是合理的。

但是应该避免将程序的大部分内容移动到内核空间中，除非所有其他选项都已完全耗尽。除了这样做的困难之外，性能优势不太可能非常大。

Answer 10

如果您提出这样的问题，那么您不应该转到内核层。基本上只是想知道你不需要的意思。上下文切换的时间可以忽略不计，以至于无论如何它都无关紧要。