什么情况何时从内核空间读取数据到用户空间？

Question

我知道内核空间专门用于运行内核，而用户空间专用于用户应用程序。

但在阅读了与OS相关的一篇论文中的以下段落之后我很困惑，

假设我们有手势识别系统，并且该设计将系统分解为四个组件，实现为单独的程序：

• catusb ：从连接在USB总线上的摄像头捕获图像数据。
• xform ：使用图像处理算法（如噪音过滤和几何变换）转换相机中的图像 透视到屏幕坐标系中的点云 或用户。本质上是数据并行的。
• 检测：检测点云中的手势，并具有重要的数据并行性。
• hidinput ：接受检测程序找到的手势，并将其作为人机界面发送到操作系统 设备（HID）输入。

  

接下来他们提到了以下执行流程：

“从摄像机读取数据需要将图像缓冲区从内核空间复制到用户空间。 写入连接 catusb 到 xform 的管道会导致将相同的缓冲区写回内核空间。要在GPU上运行 xform ，系统必须将内核空间中的缓冲区读入用户空间，其中用户模式运行时，例如 CUDA 必须随后将缓冲区写回内核空间并将其传输到GPU并返回。“

  

所以我想知道的是：

• 如果相机缓冲区是一个内存空间驻留在RAM中，那么在阅读时 来自相机的数据为什么要从内核空间读取它我不明白，是因为缓冲区本身位于内核空间（换句话说，是硬件设备的内存映射到RAM驻留在内核空间）？，

• 即使相机缓冲区驻留在相机的芯片上也是如此 读取是通过内核复制缓冲区从相机芯片到 用户空间直接，我是对的？如果是这样，为什么它在提到 将缓冲区从内核复制到用户空间的段落。

Answer 1

操作系统的工作是允许很多组件（包括硬件和软件）相互配合。通常，用户程序不能直接操作外围设备，也不能相互干扰。我不熟悉您引用的具体设置，但这听起来并不常见。

USB摄像头通知操作系统它有一个新帧。当内核（驱动程序）注意到它时，会将带有I / O命令的帧复制到RAM中。由于此RAM是由驱动程序分配的，因此用户程序将无法通过虚拟内存查看或读取它。为了快速概括，内核中的地址＆amp; 0x1000和程序中的地址＆amp; 0x1000实际上是RAM中的物理上不同的位置。然后内核将帧复制到任何期望从摄像机输入的进程的内存中，然后通知它（在这种情况下 catusb ）。

同样，由于 xform ，检测和 hdinput 作为单独的进程存在，因此它们必须使用进程间通信。由于操作系统必须确保程序的隔离，因此每个进程都将利用内核来实现这一目标。

这里没什么不寻常的。我想他们只是把它拼写出来，因为手势识别是时间关键的，这样做有一些开销。