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1. 引出问题
上一篇文章xenomai内核解析--双核系统调用(一)以X86处理器为例，分析了xenomai内核调用的流程，读了以后可能会觉得缺了点什么，你可能会有以下疑问：
- 系统中的两个内核都是POSIX接口实现系统调用，那么我写一个POSIX接口的应用程序，怎样知道它调用的内核，或者说怎样成为运行在cobalt内核的RT应用，而不是普通linux应用？
- 对于同一个POSIX接口，可能我的程序中，既需要xenomai内核提供服务(xenomai 系统调用)，又需要调用linux内核提供服务（linux内核系统调用），或者说既有libcobalt，又有glibc库，他们是如何实现或区分的？
2. 编译链接
对于问题1，答案是：由编译时链接的库决定，如果普通的编译，则该应用编译后是一个普通linux运用。如果要编译为xenomai应用，则需要链接到xenomai库，那如何设置编译链接参数？编译安装xenomai库后，可通过执行/usr/bin/xeno-config来获取。
$ /usr/bin/xeno-config --help
xeno-config --verbose
--core=cobalt
--version="3.1"
--cc="gcc"
--ccld="/usr/bin/wrap-link.sh gcc"
--arch="x86"
--prefix="/usr"
--library-dir="/usr/lib"
Usage xeno-config OPTIONS
Options :
--help
--v,--verbose
--version
--cc
--ccld
--arch
--prefix
--[skin=]posix|vxworks|psos|alchemy|rtdm|smokey|cobalt
--auto-init|auto-init-solib|no-auto-init
--mode-check|no-mode-check
--cflags
--ldflags
--lib*-dir|libdir|user-libdir
--core
--info
--compat
例如编译一个POSIX接口的实时应用,参数--cflags表示编译，指定接口(skin)--posix,就能得到编译该程序的gcc参数了：
$ /usr/bin/xeno-config --posix --cflags
-I/usr/include/xenomai/cobalt -I/usr/include/xenomai -D_GNU_SOURCE -D_REENTRANT -fasynchronous-unwind-tables -D__COBALT__ -D__COBALT_WRAP__
再看链接，--ldflags表示链接,如下得到链接参数：
$ /usr/bin/xeno-config --ldflags --posix
-Wl,--no-as-needed -Wl,@/usr/lib/cobalt.wrappers -Wl,@/usr/lib/modechk.wrappers /usr/lib/xenomai/bootstrap.o -Wl,--wrap=main -Wl,--dynamic-list=/usr/lib/dynlist.ld -L/usr/lib -lcobalt -lmodechk -lpthread -lrt
其他更多参数可通过xenomai Manual Page了解。
这样就将POSIX接口源码编译成一个xenomai可执行程序了。通常我们会将获取编译参数的操作直接放到Makefile里，编译时直接执行获取使用，这里给一个简单的Makefile示例如下：
XENO_CONFIG := /usr/xenomai/bin/xeno-config
PROJPATH = .
CFLAGS := $(shell $(XENO_CONFIG) --posix --alchemy --cflags)
LDFLAGS := $(shell $(XENO_CONFIG) --posix --alchemy --ldflags)
INCFLAGS= -I$(PROJPATH)/include/
EXECUTABLE := rt-task
src = $(wildcard ./*.c)
obj = $(patsubst %.c, %.o, $(src))
all: $(EXECUTABLE)
$(EXECUTABLE): $(obj)
$(CC) -g -o $@ $^ $(INCFLAGS) $(CFLAGS) $(LDFLAGS)
%.o:%.c
$(CC) -g -o $@ -c $< $(INCFLAGS) $(CFLAGS) $(LDFLAGS)
.PHONY: clean
clean:
rm -f $(EXECUTABLE) $(obj)
3. libcobalt中的实现
下面来看问题2，既然我们已将一个接口链接到实时内核库libcobalt，当然由实时内核库libcobalt来区分该发起linux内核调用还是xenomai内核系统。与上一篇文章一样，以一个POSIX接口pthread_cretate()来解析libcobalt中的实现。
xenomai线程的创建流程比较复杂，需要先让linux创建普通线程，然后再由xenomai创建该线程的shadow 线程，即xenomai调度的实时线程，很符合我们上面的提出的问题2。 说到这先简答介绍一下xenomai实时线程的创建，详细的创建流程后面会写专门写一篇文章解析，敬请期待。
pthread_cretate()不是一个系统调用，由NPTL（Native POSIX Threads Library）实现（NPTL是Linux 线程实现的现代版，由UlrichDrepper 和Ingo Molnar 开发，以取代LinuxThreads），NPTL负责一个用户线程的用户空间栈创建、内存分配、初始化等工作，与linux内核配合完成线程的创建。每一线程映射一个单独的内核调度实体（KSE，Kernel Scheduling Entity）。内核分别对每个线程做调度处理。线程同步操作通过内核系统调用实现。
xenomai coblat作为实时任务的调度器，每个实时线程需要对应到 coblat调度实体，如果要创建实时线程就需要像linux那样NPTL与linux 内核深度结合，那么coblat与libcoblat实现将会变得很复杂。在这里，xenomai使用了一种方式，由NPTL方式去完成实时线程实体的创建（linux部分），在普通线程的基础上附加一些属性，对应到xenomai cobalt内核实体时能被实时内核cobalt调度。
所以libcoblat库中的实时线程创建函数pthread_cretate最后还是需要使用 glibc的pthread_cretate函数，xenomai只是去扩展glibc pthread_cretate创建的线程，使这个线程可以在实时内核cobalt调度。
pthread_cretate()在libcobalt中pthread.h文件中定义如下：
COBALT_DECL(int, pthread_create(pthread_t *ptid_r,
const pthread_attr_t *attr,
void *(*start) (void *),
void *arg));
COBALT_DECL宏在wrappers.h中如下,展开上面宏，会为pthread_create()生成三个类型函数：
#define __WRAP(call) __wrap_ ## call
#define __STD(call) __real_ ## call
#define __COBALT(call) __cobalt_ ## call
#define __RT(call) __COBALT(call)
#define COBALT_DECL(T, P) \
__typeof__(T) __RT(P); \
__typeof__(T) __STD(P); \
__typeof__(T) __WRAP(P)
int __cobalt_pthread_create(pthread_t *ptid_r,
const pthread_attr_t *attr,
void *(*start) (void *),
void *arg);
int __wrap_pthread_create(pthread_t *ptid_r,
const pthread_attr_t *attr,
void *(*start) (void *),
void *arg);
int __real_pthread_create(pthread_t *ptid_r,
const pthread_attr_t *attr,
void *(*start) (void *),
void *arg);
声明pthread_create()函数的这三个宏意思为:
__RT(P):
__cobalt_pthread_create表示Cobalt实现的POSIX函数__STD(P):
__real_pthread_create表示原始的POSIX函数（Linux glibc实现)，cobalt库内部通过它来表示调用原始的POSIX函数(glibc NPTL).__WRAP(P)：
__wrap_pthread_create是__cobalt_pthread_create的弱别名，如果编译器编译时知道有该函数其它的实现，该函数就会被覆盖。
主要关注前面两个，对于最后一个宏，如果外部库想覆盖已有的函数，应提供其自己的__wrap_pthread_create()实现，来覆盖Cobalt实现的pthread_create()版本。 原始的Cobalt实现仍可以引用为__COBALT(pthread_create)。由宏COBALT_IMPL来定义：
#define COBALT_IMPL(T, I, A) \
__typeof__(T) __wrap_ ## I A __attribute__((alias("__cobalt_" __stringify(I)), weak)); \
__typeof__(T) __cobalt_ ## I A
最后cobalt库函数pthread_create实现主体为（xenomai3.x.x\lib\cobalt\thread.c）：
COBALT_IMPL(int, pthread_create, (pthread_t *ptid_r,
const pthread_attr_t *attr,
void *(*start) (void *), void *arg))
{
pthread_attr_ex_t attr_ex;
......
return pthread_create_ex(ptid_r, &attr_ex, start, arg);
}
COBALT_IMPL定义了__cobalt_pthread_create 函数及该函数的一个弱别名__wrap_pthread_create,调用这两个函数执行的是同一个函数体。
对于 NPTL函数pthread_create,在Cobalt库里使用__STD()修饰，展开后即__real_pthread_create()，其实只是NPTL pthread_create()的封装，__real_pthread_create()会直接调用 NPTL pthread_create,在lib\cobalt\wrappers.c实现如下：
/* pthread */
__weak
int __real_pthread_create(pthread_t *ptid_r,
const pthread_attr_t * attr,
void *(*start) (void *), void *arg)
{
return pthread_create(ptid_r, attr, start, arg);
}
它调用的就是glibc中的pthread_create函数.同样我们接着__cobalt_pthread_create() 看哪里调用的.
int pthread_create_ex(pthread_t *ptid_r,
const pthread_attr_ex_t *attr_ex,
void *(*start) (void *), void *arg)
{
......
__STD(sem_init(&iargs.sync, 0, 0));
ret = __STD(pthread_create(&lptid, &attr, cobalt_thread_trampoline, &iargs));/*__STD 调用标准库的函数*/
if (ret) {
__STD(sem_destroy(&iargs.sync));
return ret;
}
__STD(clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &timeout));
.....
}
下面再看另一个例子，实时任务在代码中使用了linux的网络套接字（xenomai任务也是一个linux任务，也可以使用linux来提供服务，只不过会影响实时性），有以下代码，：
....
int sockfd,ret;
struct sockaddr_in addr;
sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
.....
bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
....
该代码编译时链接到了libcobalt，socket()函数即libcobalt中的__cobalt_socket()，其定义在xenomai-3.x.x\lib\cobalt\rtdm.c,如下：
COBALT_IMPL(int, socket, (int protocol_family, int socket_type, int protocol))
{
int s;
s = XENOMAI_SYSCALL3(sc_cobalt_socket, protocol_family,
socket_type, protocol);
if (s < 0) {
s = __STD(socket(protocol_family, socket_type, protocol));
}
return s;
}
可以看到，libcobalt中的函数会先尝试调用实时内核cobalt的系统调用， 当cobalt系统调用不成功的时候才继续尝试通过__STD()宏来调用linux系统调用（cobalt内核根据socket协议类型参数PF_INET,SOCK_STREAM判断），这样就有效的分清了是linux系统调用还是xenomai系统调用。
一般情况下，可以直接在代码中使用__STD()宏指明我们调用的linux内核的服务,修改如下：
....
int sockfd,ret;
struct sockaddr_in addr;
sockfd = __STD(socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0));
.....
__STD(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(struct sockaddr_in)));
....
现在一切都明了了，一个函数编译时通过参数链接到xenomai库后，通过__STD()宏来表示使用linux接口。
4. 总结
- 在实时程序或实时库libcobalt中，通过
__STD()宏来表示使用linux接口。 - 对于一个未指明的接口，libcobalt会先尝试发起xenomai系统调用，不成功会接着尝试linux内核系统调用。