カーネル空間

カーネル空間からユーザー空間への通知は、OSごとに異なり、またOSのカーネルバージョンごとに異なる可能性もあるが、何らかのシステムコールは存在する。

Linuxの場合、カーネルからユーザー空間のプロセスに対して任意のシグナルを送ることができる。プロセスを識別するためにユーザー空間でのPID(プロセスID)を用いるため、送信に際して予め宛先のPIDを知る必要があり、何らかの方法で情報を伝える手段を用意する必要がある。

一般的には/dev以下、あるいはsysfsやdebugfsなど手頃な場所にデバイスを用意し、ユーザー空間からPIDをioctlやwriteしてカーネルに伝える手法がよく取られている。

以下は実際の送信処理のみを記載するが、このほかに、デバイスを作り、PIDをユーザーランドから得る処理が必要である。

#include <asm/siginfo.h>    // siginfo
#include <linux/rcupdate.h> // rcu_read_lock
#include <linux/sched.h>    // find_task_by_pid_type

#define SIG_NO  (SIGRTMIN+10) // 他と衝突しないものを使う(SIGRTMAXを超えないこと)

static pid_t userland_pid;

static int sendsig_sample(void)
{
    struct siginfo si;
    struct task_struct *t;

    memset(&si, 0, sizeof(struct siginfo));

    si.si_signo = SIG_NO;
    si.si_code = SI_QUEUE;
    si.si_int = 0; /* 任意の32ビット値を一つだけ通知可能 */

    rcu_read_lock();
    t = find_task_by_vpid(userland_pid); /* 送信先のPIDが格納されているものとする */
    rcu_read_unlock();
    if (t == NULL)
        return -ENODEV;

    return send_sig_info(SIG_NO, &si, t);
}

より新しいLinuxカーネルでは、find_task_by_vpid ではなく find_task_by_pid_type など違う関数になっている可能性がある。

ユーザーランドでは、シグナルハンドラーを定義するだけである。シグナル番号はカーネルと一致させる。

#define SIG_NO  (SIGRTMIN+10) // カーネルと同じものを使う

struct sigaction sa;
sa.sa_sigaction = signal_handler;
sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
sigaction(SIG_NO, &sa, NULL);

シグナルハンドラーは以下の形式である。

void signal_handler(int n, siginfo_t *si, void *dummy)
{
    /* ここに処理を追加 */
}

このほかに、デバイスに対してPIDをioctlまたはwriteするための処理が別途必要になる。

ユーザー空間とカーネル空間をまたぐ、memcpyやstrncpy相当の関数群である。

#include <sys/systm.h>

int copyin(const void *uaddr, void *kaddr, size_t len);

int copyout(const void *kaddr, void *uaddr, size_t len);

int copyinstr(const void *uaddr, void *kaddr, size_t len, size_t *done);

int copystr(const void *kfaddr, void *kdaddr, size_t len, size_t *done);

具体的な機能は次の通り。

copyin

ユーザー空間→カーネル空間。アドレスuaddrからアドレスkaddrに、lenバイトのデータを複写する

copyout

カーネル空間→ユーザー空間。アドレスkaddrからアドレスuaddrに、lenバイトのデータを複写する

copyinstr

ユーザー空間→カーネル空間。アドレスuaddrからアドレスkaddrに、NUL文字で終端された最大len文字の文字列を複写する。実際に複写された文字数は、*doneに返される。

copystr

カーネル空間→ユーザー空間。アドレスkaddrからアドレスuaddrに、NUL文字で終端された最大len文字の文字列を複写する。実際に複写された文字数は、*doneに返される。

ユーザー空間からカーネル空間にデータを取り込む関数群である。

#include <sys/types.h>

#include <sys/time.h>

#include <sys/systm.h>

#include <sys/resourcevar.h>

int fubyte(const void *base);

int fusword(void *base);

int fuswintr(void *base);

int fuword(const void *base);

具体的な機能は次の通り。

fubyte

ユーザー空間のアドレスbaseから、1バイトのデータを取り込む。

fusword

ユーザー空間のアドレスbaseから、1ショートワードのデータを取り込む。

fuswintr

ユーザー空間のアドレスbaseから、1ショートワードのデータを取り込む。割り込みコンテクスト中でも利用可能。

fuword

ユーザー空間のアドレスbaseから、1ワードのデータを取り込む。

カーネル空間からユーザー空間にデータを格納する関数群である。

#include <sys/time.h>

#include <sys/systm.h>

#include <sys/resourcevar.h>

int subyte(void *base, int byte);

int susword(void *base, int word);

int suswintr(void *base, int word);

int suword(void *base, int word);

具体的な機能は次の通り。

subyte

ユーザー空間のアドレスbaseに、1バイトのデータを格納する。

susword

ユーザー空間のアドレスbaseに、1ショートワードのデータを格納する。

suswintr

ユーザー空間のアドレスbaseに、1ショートワードのデータを格納する。割り込みコンテクスト中でも利用可能。

fuword

ユーザー空間のアドレスbaseに、1ワードのデータを格納する。

ユーザー空間とカーネル空間の間で整数値(1、2、4バイト)をfetch/storeする機能である。

#include <asm/uaccess.h>

int get_user(var, ptr);

int put_user(var, ptr);

おそらくマクロとして定義されており、sizeof(*(ptr))の大きさ(1、2、4)に合わせて動作することになる。get時は結果はvarに得られる。put時はvarが書き込まれる。

ユーザー空間とカーネル空間をまたぐ、memcpy相当の関数群である。

#include <asm/uaccess.h>

unsigned long copy_from_user(void *to, const void __user *from, unsigned long n);

unsigned long copy_to_user(void __user *to, const void *from, unsigned long n);

long strncpy_from_user(char *dst, const char __user *src, long count);

具体的な機能は次の通り。

copy_from_user

ユーザー空間→カーネル空間。アドレスfromからアドレスtoに、nバイトのデータを複写する

copy_to_user

カーネル空間→ユーザー空間。アドレスfromからアドレスtoに、nバイトのデータを複写する

strncpy_from_user

ユーザー空間→カーネル空間。アドレスsrcからアドレスdstに、NUL文字で終端された最大n文字の文字列を複写する。成功時はコピー先のポインター、失敗時は-EFAULTが返る(EFAULTが14なら、-14が返ることになる)。