[發明專利]一種用戶態驅動與內核態驅動的協同工作系統及方法

在審

• 申請號: 202011640863.7
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112732344A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 劉家杰
• 申請（專利權）人: 普華基礎軟件股份有限公司
• 主分類號: G06F9/4401
• 分類號: G06F9/4401;G06F9/445
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

本發明涉及計算機操作系統領域，特別涉及到一種用戶態驅動與內核態驅動的協同工作系統及方法。協同工作系統包括一用戶態驅動，一內核態驅動以及一可加載內核模塊，可加載內核模塊向用戶態驅動提供一操作接口，可加載內核模塊用于根據內核態驅動的請求注冊對應的字符設備并創建關聯的屬性文件，以及向用戶態驅動提供字符設備和屬性文件，以供用戶態驅動通過操作字符設備的方式調用對應的內核態驅動中的驅動部分數據。本發明的技術方案有益效果在于：提供一種用戶態驅動與內核態驅動的協同工作系統及方法，能夠實現的用戶態驅動與內核態驅動協同處理，共同完成和硬件的交互，可大大簡化驅動開發和維護過程，提高內核的穩定性和可靠性。

技術領域

本發明涉及計算機操作系統領域，特別涉及到一種用戶態驅動與內核態驅動的協同工作系統及方法。

背景技術

隨著計算機技術的發展，Linux不再局限于應用于服務器和終端系統領域，在移動設備上也逐漸被廣泛應用。但外設問題一直是影響Linux系統發展的一個重要因素，其原因主要是因為Linux下驅動開發復雜，并且要求遵守GPL協議公開源碼，導致一些設備廠商在驅動開發方面的動力不足。

如今，內核中設備驅動代碼所占比例越來越大，特別是企業自行移植和開發的驅動，當這些驅動出現問題時，例如發生非法內存訪問，將可能導致整個系統崩潰。研究證明，Linux下驅動導致系統崩潰的可能性是其它內核的3到7倍。

目前，為了提高驅動的健壯性和可靠性，國內外相關領域進行了多種研究，如用戶態驅動。通過把驅動做為一個用戶進程來運行的方式，其典型實現有Minix系統。Minix系統是一種基于微內核架構的操作系統，內核中僅僅包括進程管理、內存管理等關鍵部分，而其他模塊均作為一個模塊化的用戶空間進程，包括設備驅動。諸如這類的實現，不可避免的存在性能降低的問題，因此也一直無法得到大規模的應用。而又如Linux中的UIO，并不支持用戶空間下的DMA(Direct Memory Access，直接內存存取)，這限制了其在需要DMA支持的設備上的應用。因此，如何能更好的兼顧性能和穩定性，完整的支持硬件設備功能，一直是Linux用戶態驅動程序設計的一個主要研究方向。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，現提供一種用戶態驅動與內核態驅動的協同工作系統及方法。

其中，一種用戶態驅動與內核態驅動的協同工作系統，應用于Linux系統；所述協同工作系統包括一用戶態驅動以及一內核態驅動，所述用戶態驅動位于所述Linux系統的用戶空間，并提供一包括所有設備的驅動程序的共有部分數據的共享庫，所述內核態驅動位于所述Linux系統的內核空間，并提供各個設備所特有的驅動程序數據；

所述協同工作系統還包括：

一可加載內核模塊，設置于所述內核空間并連接所述內核態驅動，所述可加載內核模塊還向所述用戶態驅動提供一操作接口，所述可加載內核模塊用于根據所述內核態驅動的請求注冊對應的字符設備并創建關聯的屬性文件，以及向所述用戶態驅動提供所述字符設備和所述屬性文件，以供所述用戶態驅動通過操作所述字符設備的方式調用對應的所述內核態驅動中的所述驅動部分數據。

優選的，所述可加載內核模塊中包括：

一處理單元，用于根據所述內核態驅動的請求于所述屬性文件內寫入對應的物理地址；

所述用戶態驅動獲取所述物理地址并進行轉換，以調用對應的所述內核態驅動中的所述驅動部分數據。

優選的，所述用戶態驅動獲取所述物理地址并進行物理地址與虛擬地址之間的轉換，以調用對應的所述內核態驅動中的所述驅動部分數據。

一種驅動協同工作方法，應用于Linux系統；所述協同工作系統包括一用戶態驅動以及一內核態驅動，所述用戶態驅動位于所述Linux系統的用戶空間，并提供一包括所有設備的驅動程序的共有部分數據的共享庫，所述內核態驅動位于所述Linux系統的內核空間，并提供各個設備所特有的驅動程序數據；