xnregistry：内核对象注册与管理

xnregistry：全局对象注册表

在实时系统中，任务之间的同步与通信需要依赖各种内核对象，如信号量、互斥锁、消息队列等。为了支持进程间共享和快速检索，Xenomai 提供了 xnregistry，用于统一管理和访问这些内核对象。

什么是 xnregistry？

xnregistry 是 Xenomai 内核的全局对象注册表，负责管理内核中的命名和未命名对象。它提供了一种机制，允许内核对象以唯一的标识符（如名称）注册，便于在内核和用户空间中查找和访问。

xnregistry 的作用

• 统一管理：维护内核对象的生命周期，确保资源的正确分配和释放。
• 快速检索：通过高效的哈希表结构，实现对象的快速查找，满足实时系统的性能要求。
• 进程间通信：支持命名对象的共享，方便不同进程或线程之间的同步与通信。

命名内核对象的管理

命名内核对象是指在创建时指定了名称的对象，通常用于多个进程之间的共享和通信。常见的命名内核对象包括：

• 有名信号量（sem）
• 有名消息队列（mq）
• 实时套接字（如 xddp、bufp、iddp）

创建和注册过程

以两个 Xenomai 任务通过信号量进行同步为例：

任务 1 创建一个名为 /tmp/sem1 的信号量：

/* 任务 1 */
sem_t *demo_sem;

demo_sem = sem_open("/tmp/sem1", O_CREAT | O_EXCL, 0666, 0);
if (demo_sem == SEM_FAILED)
    perror("sem_open");

sem_wait(demo_sem);
/* ... */
sem_post(demo_sem);

任务 2 打开同名信号量：

/* 任务 2 */
sem_t *demo_sem;

demo_sem = sem_open("/tmp/sem1", 0);
if (demo_sem == SEM_FAILED)
    perror("sem_open");

sem_wait(demo_sem);
/* ... */
sem_post(demo_sem);

当任务 1 调用 sem_open 创建信号量时，内核会进行以下操作：

1. 分配 xnobject 结构体：从 registry_obj_slots 中获取一个空闲的 xnobject，用于表示信号量对象。
2. 设置 xnobject 的属性：
   • key：设置为信号量的名称 /tmp/sem1。
   • objaddr：指向实际的信号量对象（如 cobalt_sem）。
3. 插入哈希表：

• 对名称进行哈希计算，得到索引值 s。
• 将 xnobject 插入到 object_index[s] 哈希桶对应的链表中。

任务 2 想要打开同名信号量时，执行以下步骤：

1. 计算名称的哈希值：对 /tmp/sem1 进行哈希计算，得到索引值 s。
2. 在哈希表中查找：
   • 遍历 object_index[s] 链表，比较每个 xnobject 的 key。
   • 找到匹配的 xnobject 后，获取其 objaddr，即信号量对象的地址。

在成功创建或打开信号量后，系统会生成一个 xnhandle_t，表示对象的句柄。这个句柄通常是 xnobject 在 registry_obj_slots 数组中的偏移量。任务在后续操作（如 sem_wait、sem_post）中，使用这个句柄快速访问信号量对象，避免再次通过名称查找。

未命名内核对象的管理

未命名内核对象通常用于单个进程或线程内部，不需要跨进程共享。例如：

• 未命名信号量（sem）
• 互斥锁（mutex）
• 条件变量（condition variable）
• 事件（event）

管理机制

未命名对象在创建时：

1. 分配 xnobject：同样从 registry_obj_slots 中获取一个 xnobject。
2. 设置属性：

• key：设置为 NULL，表示匿名对象。
• objaddr：指向具体的内核对象。

3. 不插入哈希表：由于没有名称，匿名对象不需要插入到哈希表中。
4. 生成句柄：返回 xnhandle_t，供后续操作使用。

访问方式

任务在后续对未命名对象的操作中，使用句柄 xnhandle_t 直接访问对象，而不需要通过名称查找。这种方式提高了访问速度，满足实时系统对性能的要求。

xnregistry 的初始化流程

初始化步骤

在系统启动时会初始化 xnregistry，具体步骤包括：

1. 分配对象槽（registry_obj_slots）：
   • 分配固定数量的 xnobject，默认值为 4096。
2. 初始化空闲链表（free_object_list）：
   • 将所有分配的 xnobject 加入到空闲链表中，供后续分配使用。
3. 创建哈希表（object_index）：
   • 根据需要的哈希表大小，分配 object_index 数组，并初始化每个哈希桶。
4. 初始化同步机制（register_synch）：
   • 创建同步对象，确保对 xnregistry 的并发访问是线程安全的。