我认为微内核的意义（2）-分析zircon

简介 内核消息是一些不同类型的对象。这些对象可以直接通过syscall调用，并且这些对象是C++的类，由调度接口实现，位于kernel/object目录。许多是自包含的高阶对象，一些是包含低阶的lk原语。 syscall 用户空间代码与内核对象的交互通过syscall，大多数仅通过Handle。在用户空间，一个Handle是32位整型(zx_handle_t)。进程的Handle存在于表中，表中的Handle具有参数，当进程发起syscall，内核会检查发起调用的进程的实际Handle的参数。内核进一步检查Handle类型正确(传递线程Handle给需要事件Handle的syscall将会引起错误)，并且Handle必须要有所请求的操作的所需权限。 syscall从访问的角度可分为3类： 1.没有限制(很少)，例如zx_clock_get()、zx_nanosleep()可以被任何线程调用。 2.需要Handle作为第一参数的，表示其将要操作的对象(很多且主要)，例如zx_channel_write()和zx_port_queue()。 3.创建新对象但不需要Handle的，比如zx_event_create()、zx_channel_create()。这些syscall的调用由进程所属的Job控制。 syscall由libzircon.so提供，libzircon.so是一个虚拟的共享库，由Zircon内核提供到用户空间(详见virtual Dynamic Shared Object or vDSO)。他们是C ELF ABI函数，格式为zx_noun_verb()或zx_noun_verb_direct-object()。 系统调用由syscalls.abigen定义，由abigen工具处理为libzircon中的包含文件和粘合代码，以及内核的syscall库。 Handles和权限 对象可能被关联到多个Handles(在1或多个进程里)。 对于几乎所有对象，当最后一个关联它的Handle被关闭，这个对象会被销毁或放入不可逆的最终状态。 Handles可以通过写入Channel实现从一个进程移动到另一个进程；也可以通过zx_process_start()来将Handle作为一个新进程第一线程的参数传入。 对Handle或对象的操作由与Handle相关的权限支配。两个关联同一对象的Handles可能有不同的权限。 syscall的zx_handle_duplicate()和zx_handle_replace()可能被用于得到相同对象的额外Handles，获得的Handle可以与之前的一样，也可以减少权限。zx_handle_close()会关闭Handle，关闭Handle会释放关联的对象，如果被关闭的Handle是最后一个与对象相关联的Handle，对象将会被释放。zx_handle_close_many()用于关闭一组Handles。 内核对象的ID 每一个内核中的对象都有一个ID，是64位无符号整型，可以用于识别对象，并且在系统运行中是唯一的。这也意味着内核对象ID不可重用。 有两个特别的对河对象ID：ZX_KOID_INVALID是0，被用作哨兵；ZX_KOID_KERNEL只有一个内核，有其自己的ID。 运行代码：Jobs，进程和线程 Jobs含有进程，并定义了多样的资源限制。Jobs归属于父Jobs，一直到根Job，根Job由内核创建并送到userboot。 没有Job Handle，进程里的线程是不可能创建另外的进程或Job的。 程序的加载有用户空间实现。 消息传递：Sockets和通道 Socket和通道都是IPC对象，都是双端双向。创建一个Socket或Channel将会返回两个Handles分别关联到对象的端点。 Socket是面向流的，数据作为1或多个bytes的单元写入或独处。短写(缓存不够)和短读(要读的比缓存中的多)都是支持的。 通道是面向数据报的，有最大消息长度64K(可以配置的更小)，一个消息可以最多附属1024个Handles。不支持短读短写，一个消息要不就是合适，要不就是不合适。 当一个消息写入通道，其就会被从发送进程中切除，当接收进程把一个消息和Handle从通道中读出，这个Handles就会被加入到接收进程。在这两个事件期间，Handles会一直存在，除非通道另一端的接收进程关闭了端点，其中的所有Handles都关了。 对象和信号 对象最多可以有32个信号(由zx_signals_t类型和ZX_SIGNAL宏定义)，这些信号可以代表一部分对象的当前状态：比如通道和Socket所处的可读或可写的状态；进程和线程则可能是TERMINATED。还有其他状态不列举。 线程可能等一到多个对象的信号来唤醒。 等待：等待一或多或端口 一个线程可能使用zx_object_wait_one()或zx_object_wait_many()陷入等待一到多个信号(一或多个Handles的)；这两个syscalls都可以设置超时。 如果一个线程要等待大量的Handles，更高效的做法是使用端口；端口是一个可以绑定其他对象的对象，当信号插入到对象，端口会收到一个包含信号源信息的包。 事件和事件对 事件是最简单的对象，除了采集活跃信号外没有其他动作。 一个事件对是一对可以互相发出信号的事件。一个有用的属性就是，当一个事件对的一端关闭(所有关联的Handles都关闭)，另一端就会发生PEER_CLOSED信号。 共享内存：虚拟内存对象 虚拟内存对象表示一组内存物理页面(或等待缺页中断建立映射的页面)。 zx_vmar_map()和zx_vmar_unmap()分别可以将其映射进入进程或断开映射。映射页的权限可以用zx_vmar_protect()调整。 虚拟内存对象也可以通过zx_vmo_read()和zx_vmo_write()直接读或写入。用映射的方式使用可以避免写入和读取，直接在其上操作，并发送到其他进程。 地址空间管理 虚拟内存地址克难攻坚提供管理进程内存空间的抽象。在进程创建时，根虚拟内存地址空间的Handle会提供给进程创建者，这一Handle会关联到一个VMAR，这个VMAR跨有整个地址空间；这个空间可以通过zx_vmar_map()和zx_vmar_allocate()简历到物理地址的映射。zx_vmar_allocate()可以被用于生成另外一个虚拟内存地址空间，被称作子空间或孩子，可以用于将地址空间的一部分组合在一起。 Futexes Futexes是内核原语，用于用户空间原子操作，实现高效的同步原语；比如Mutexes，只需要在竞争的场合发起一个syscall即可；一般来说，他们只被是现在标准库中。Zircon的libc和libc++为互斥、条件变量等提供C11、C++和线程的API，基于Futexes实现。