目录

1 示例程序分析

1.1 示例程序结构

1.2 CMakeList.txt文件分析

1.3 component类型定义

1.3.1 dataport interface概述

1.3.2 dataport interface类型

1.3.3 dataport interface实例

1.4 hello-2.camkes分析

1.4.1 seL4SharedData connector类型

1.4.2 seL4SharedData connector实例

1.5 component源码分析

1.6 运行结果

2 编译生成文件分析

2.1 编译生成文件结构

2.2 client component编译生成文件分析

2.2.1 camkes-component-client.h

2.2.2 buf1_seL4SharedData_0.c

2.2.3 buf2_seL4SharedData_0.c

2.3 echo component编译生成文件分析

3 实验：使用event interface同步component对shared memory的访问

3.1 实验目的

3.2 源码分析

3.2.1 dataport interface数据类型定义

3.2.2 component类型定义

3.2.3 系统定义

3.2.4 configuration属性

3.2.4.2 shared memory访控属性（Port Privileges）

3.2.5 component源码

3.2.5.2 echo component源码

3.3 运行效果

3.4 编译生成文件分析

1 示例程序分析

1.1 示例程序结构

1. Emitter.camkes & emmitter.c

Emitter component的类型定义与实现，用于发送event

2. Consumer.camkes & consumer.c

Consumer component的类型定义与实现，用于接收event

3. CMakeList.txt

向系统描述本模块的构建方式

4. hello-2.camkes

描述本模块的组成方式

5. str_buf.h

包含自定义的shared memory数据类型

说明：本节实验代码通过如下命令提取，但仅使用其编译框架，代码重新编写

./init --tut hello-camkes-2 --solution

1.2 CMakeList.txt文件分析

从CMakeList.txt中我们可以得知

1. 系统中包含Client和Echo这2种component类型，并且指定了他们对应的源文件

2. 使用hello-2.camkes描述整个系统

1.3 component类型定义

1.3.1 dataport interface概述

1. dataport interface用于实现2个component对shared memory的访问

2. 定义dataport interface的component对shared memory默认具有读写权限，但是可以在configuration元素中重新设置

3. camkes提供了默认的dataport interface数据类型Buf，在实现上，这是一个PAGE_SIZE大小的数组

4. 用户也可以自定义dataport interface数据类型，如示例程序中的MyData_t数据类型

1.3.2 dataport interface类型

dataport interface类型由dataport关键字与shared memory数据类型构成

说明：MyData_t数据类型

MyData_t是示例程序中自定义的shared memory数据类型，其中data用于传输数据，ready用于通知对端数据是否准备完成

1.3.3 dataport interface实例

1. 由于dataport interface是一种对称的interface，因此两端的component均使用dataport关键字定义interface实例

2. dataport interface实例名在component中有2个作用，

① 作为shared memory的变量名，且变量为指针类型

② 作为调用dataport相关函数的前缀

1.4 hello-2.camkes分析

1.4.1 seL4SharedData connector类型

seL4SharedData也是camkes提供的标准connector类型，由projects/camkes-tool/include/builtin/std_connector.camkes引入

1. 可见seL4SharedData connector连接的两端为对称的dataport interface，且均不需要分配线程

2. seL4SharedData connector中并不指定shared memory的大小，而是依靠实现定义（e.g. 示例程序中定义的MyData_t数据类型的大小）

说明：seL4SharedData connector template模板文件

对于template文件，我们不做分析，还是直接分析编译后生成的C语言文件

由于dataport interface是一种对称的interface，因此两端的template文件均为projects/camkes-tool/camkes/templates/seL4Noticification-from.template.c

1.4.2 seL4SharedData connector实例

1. connection实例定义在composition元素中，因为composition是包含component和connector实例的容器

2. connection实例连接了2个component实例中的interface实例

说明：虽然dataport interface是对称结构，但是在seL4SharedData connector中还是有from端和to端。经过后续上机验证，交换seL4SharedData connector实例中的from端和to端是可以的

1.5 component源码分析

1. client component

2. echo component

说明1：shared memory使用

① buf1为client component向echocomponent传输数据，buf2为echo component向client component传输数据

② 传输过程通过shared memory本身的数据位进行同步

说明2：acquire和release函数的作用

① acquire和release函数调用用于在component之间保持shared memory的一致性，本质上是一个内存屏障

② acquire函数用于在有多个读者的情况下同步shared memory，因为在读操作之间，shared memory中的内容可能被修改

③ release函数用于在多个写者的情况下同步shared memory，每个写者在写入后需要调用

1.6 运行结果

2 编译生成文件分析

2.1 编译生成文件结构

2.2 client component编译生成文件分析

2.2.1 camkes-component-client.h

这里我们也只分析新增的函数声明，

1. extern Buf *buf1 & extern MyData_t *buf2声明

① 此处声明了buf1 & buf2两个指向shared memory的指针类型变量

② 其中buf1指针的基类型Buf由camkes系统定义，buf2指针的基类型MyData_t由我们自定义

2. buf1_size & buf2_size宏

① 这2个宏计算了shared memory的大小

② 同时提供了<interface name>_get_size函数供component获取shared memory的大小

3. release & acquire函数

release & acquire函数对应的宏定义在projects/util_libs/libutils/include/utils/fence.h文件中，根据注释，这些宏用于实现内存屏障

其中COMPILER_MEMORY_RELEASE用于实现内存写屏障，COMPILER_MEMORY_ACQUIRE用于实现内存读屏障

4. buf1__init & buf2__init函数

① 这是dataport interface的初始化函数（interface name为buf1和buf2）

② 由于使用WEAK属性修饰，即弱函数，表示event__init函数可以不实现

③ 这2个函数均未被调用

说明：参考之前的经验，seL4SharedData connector类型中定义的两端interface均使用"with 0 threads"修改，因此都没有调用interface初始化函数的时机

2.2.2 buf1_seL4SharedData_0.c

1. buf1变量定义

① buf1为Buf类型指针变量，指向from_0_buf1_data的起始地址

② from_0_buf1_data是一个大小为4KB，且地址4KB对齐的数组

③ Buf类型在projects/camkes-tool/libsel4camkes/include/camkes/dataport.h文件中定义

2. buf1_wrap_ptr函数

① buf1_wrap_ptr函数用于将普通指针封装为dataport_ptr_t类型的指针

② dataport_ptr_t类型在projects/camkes-tool/libsel4camkes/include/camkes/dataport.h文件中定义，用于向用户程序屏蔽细节

③ 在封装void *ptr指针时，会检验指针范围的合法性

3. buf1_unwrap_ptr函数

该函数的行为与buf1_wrap_ptr函数相反，用于解除dataport_ptr_t类型的封装，返回程序中可用的指针

2.2.3 buf2_seL4SharedData_0.c

buf2_seL4SharedData_0.c的内容与buf1_seL4SharedData_0.c类似，需要注意的是，虽然MyData_t类型的大小远小于4KB，但是在camkes中，还是为其分配了一页的内存

说明：如果定义的数据类型超过4KB怎么办呢？

其实在buf2_seL4SharedData_0.c的assert断言中，已经明确了shared memory的大小不能超过4KB

我们在MyData_t类型中增加字段，使其超过4KB，可见编译时报错

也就是说，seL4SharedData connector支持的shared memory不能超过4KB

2.3 echo component编译生成文件分析

由于dataport interface的对称性，在echo component中引入的内容与在client component中是一致的，此处不再赘述

3 实验：使用event interface同步component对shared memory的访问

3.1 实验目的

结合使用event interface与dataport interface，使用event来同步2个component对shared memory的操作

说明：本节实验代码通过如下命令提取

./init --tut hello-camkes-2 --solution

3.2 源码分析

3.2.1 dataport interface数据类型定义

示例中定义了2种dataport interface数据类型，其中，

① str_buf_t类型以二维数组的形式组织多个字符串

② ptr_buf_t类型以字符串指针数组的形式组织多个字符串，其中指针类型为dataport_ptr_t

3.2.2 component类型定义

1. event interface

① echo event为Clent通知Echo

② client event为Echo通知Client

2. dataport interface

除了使用自定义数据类型，也使用了camkes默认提供的Buf类型

3.2.3 系统定义

其他部分都比较好理解，下面重点说明configuration元素，

① configuration元素必须属于一个assemble元素

② configuration元素是描述属性的容器，描述的对象是composition元素中定义的实例

下面我们结合实例，说明这里指定的2种属性，同时再补充说明其他几种常见属性

3.2.4 configuration属性

3.2.4.1 线程优先级（Thread Priority）

可以在不同层次指定线程优先级，

1. 使用_priority属性可以设置control thread的优先级，也就是run函数对应线程的优先级

2. 也可以单独指定interface thread的优先级，使用[interface实例名_priority]

注意：在编译后文件中，目前还没找到interface thread优先级的体现

3. 使用priority属性则是设置component中所有thread的优先级，如示例中的操作

说明1：线程优先级最高为255，最低为0

说明2：camkes线程模型（Thread Model）

① camkes中的component通常是多线程的

② 对于定义了control字段的component，会有一个control thread，该线程最后会调用component中定义的run函数。即使component中没有定义control字段，上述线程也会存在，用于进行初始化操作

该特性体现在编译生成的camkes.environment.c文件中

  • 定义control字段的component

  • 未定义control字段的component

③ 对于connector类型定义中没有使用"with 0 threads"修饰的interface，camkes会为其创建一个线程（per-interface thread），这些线程的操作均由camkes自动生成的代码完成

3.2.4.2 shared memory访控属性（Port Privileges）

1. port privileges共有3种："R"（读）、"W"（写）、"X"（执行），如果不加设置，默认component对shared memory具有读/写/执行权限

2. 通过port interface的_access属性，可以设置component对shared memory的访控属性。在示例程序中，对于port d，echo component只能读，client component只能写。如果越权操作，将会导致系统错误（详见下文源码分析）

3.2.4.3 CPU亲和性（Thread CPU affinity）

1. 根据camkes的线程模型，可以指定component中所有线程 / control thread  / interface thread的亲和性

2. 线程默认绑定在CPU0执行

3. 设置CPU亲和性的方式与设置线程优先级类型，

① affinity属性设置所有线程的CPU亲和性

② _affinity属性设置control thread线程的亲和性

③ [interface实例名_affinity]属性设置指定interface thread的CPU亲和性

3.2.4.4 线程栈大小（Thread Stack）

1. camkes中每个线程默认的栈大小为4KB，也可以在编译系统中设置

2. 可以通过stack_size / _stack_size / [interface实例名_stack_size]属性设置所有线程 / control thread / interface thread的线程栈大小

3. 设置的线程栈大小必须是4KB的整数倍，如果不足，将向上补齐

4. camkes中的线程栈，在栈的顶端和底部均有一个4KB的未映射区域，作为哨兵（guard page）使用，用于检测栈的上下溢出操作

3.2.5 component源码

3.2.5.1 client component源码

说明：dataport_wrap_ptr函数

① dataport_wrap_ptr函数在client component编译后生成的camkes.c文件中定义

② dataport_wrap_ptr函数会依次调用当前component中包含的所有基于dataport interface的指针封装函数，而这些函数的指针范围检查可以确保返回值的正确性

③ dataport_unwrap_ptr函数的实现也是相同的思路，基于dataport interface的指针解封函数会通过id确保返回值的正确性

3.2.5.2 echo component源码

3.3 运行效果

说明：触发错误

如上文所述，client对d_typed标识的shared memory只有读权限，向其中写入数据会导致vm fault

3.4 编译生成文件分析

之前关于event interface与dataport interface及其connections的编译后文件已有分析，此处不再赘述

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