linux设备驱动阻塞机制等待队列

zoukankan html css js c++ java

linux设备驱动阻塞机制等待队列
阻塞与非阻塞是设备访问的两种方式。在写阻塞与非阻塞的驱动程序时，经常用到等待队列。
一、阻塞与非阻塞
　　阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起，函数只有在得到结果之后才会返回。
　　非阻塞指不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前进程，而会立刻返回。
　　对象是否处于阻塞模式和函数是不是阻塞调用有很强的相关性，但并不是一一对应的。阻塞对象上可以有非阻塞的调用方式，我们可以通过一定的API去轮询状态，在适当的时候调用阻塞函数，就可以避免阻塞。而对于非阻塞对象，调用的函数也可以进入阻塞调用。函数select()就是这样一个例子。
二、等待队列
　　在linux设备驱动程序中，阻塞进程可以使用等待队列来实现。
　　在内核中，等待队列是有很多用处的，尤其是在中断处理，进程同步，定时等场合，可以使用等待队列实现阻塞进程的唤醒。它以队列为基础数据结构，与进程调度机制紧密结合，能够用于实现内核中的异步事件通知机制，同步对系统资源的访问。
1、等待队列的实现：
　　在linux中，等待队列的结构如下：
struct __wait_queue_head {
spinlock_t lock; //自旋锁，用来对task_list链表起保护作用，实现了对等待队列的互斥访问
struct list_head task_list; //用来存放等待的进程
};
typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;
2、等待队列的使用
（1）定义和初始化等待队列
wait_queue_head_t wait；//定义等待队列
init_waitqueue_head(&wait);//初始化等待队列
定义并初始化等待队列：
#define DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name) wait_queue_head_t name = __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(name)
（2）添加或移除等待队列：
void add_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait)；//将等待队列元素wait添加到等待队列头q所指向的等待队列链表中。
void remove_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait);
（3）等待事件：
wait_event(wq, condition)；//在等待队列中睡眠直到condition为真。
wait_event_timeout(wq, condition, timeout)；
wait_event_interruptible(wq, condition) ；
wait_event_interruptible_timeout(wq, condition, timeout) ；
/*
*　　queue:作为等待队列头的等待队列被唤醒
* conditon：必须满足，否则阻塞
* timeout和conditon相比，有更高优先级
*/
（4）睡眠：
sleep_on(wait_queue_head_t *q);
interruptible_sleep_on(wait_queue_head_t *q);
/*
sleep_on作用是把目前进程的状态置成TASK_UNINTERRUPTIBLE,直到资源可用，q引导的等待队列被唤醒。
interruptible_sleep_on作用是一样的，只不过它把进程状态置为TASK_INTERRUPTIBLE
*/
（5）唤醒等待队列：
//可唤醒处于TASK_INTERRUPTIBLE和TASK_UNINTERRUPTIBLE状态的进程；
#define wake_up(x) __wake_up(x, TASK_NORMAL, 1, NULL)
//只能唤醒处于TASK_INTERRUPTIBLE状态的进程
#define wake_up_interruptible(x) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)
三、操作系统中睡眠、阻塞、挂起的区别形象解释
　　首先这些术语都是对于线程来说的。对线程的控制就好比你控制了一个雇工为你干活。你对雇工的控制是通过编程来实现的。
　　挂起线程的意思就是你对主动对雇工说：“你睡觉去吧，用着你的时候我主动去叫你，然后接着干活”。
　　使线程睡眠的意思就是你主动对雇工说：“你睡觉去吧，某时某刻过来报到，然后接着干活”。
　　线程阻塞的意思就是，你突然发现，你的雇工不知道在什么时候没经过你允许，自己睡觉呢，但是你不能怪雇工，肯定你这个雇主没注意，本来你让雇工扫地，结果扫帚被偷了或被邻居家借去了，你又没让雇工继续干别的活，他就只好睡觉了。至于扫帚回来后，雇工会不会知道，会不会继续干活，你不用担心，雇工一旦发现扫帚回来了，他就会自己去干活的。因为雇工受过良好的培训。这个培训机构就是操作系统。
四、阻塞与非阻塞操作
　　阻塞操作是指在执行设备操作时若不能获得资源则挂起进程，直到满足可操作的条件后在进行操作。
　　非阻塞操作的进程在不能进行设备操作时并不挂起，它或者被放弃，或者不停的查询，直到可以进行操作为止。
　　回顾简单字符设备驱动, 我们看到如何实现 read 和 write 方法. 在此, 但是, 我们跳过了一个重要的问题:一个驱动当它无法立刻满足请求应当如何响应? 一个对 read 的调用可能当没有数据时到来, 而以后会期待更多的数据. 或者一个进程可能试图写, 但是你的设备没有准备好接受数据, 因为你的输出缓冲满了. 调用进程往往不关心这种问题; 程序员只希望调用 read 或 write 并且使调用返回, 在必要的工作已完成后. 这样, 在这样的情形中, 你的驱动应当(缺省地)阻塞进程, 使它进入睡眠直到请求可继续。　　
　　在我们看全功能的 read 和 write 方法的实现之前, 我们触及的最后一点是决定何时使进程睡眠.
　　（1）阻塞型驱动中，read实现方式：如果一个进程调用 read 但是没有数据可用, 这个进程必须阻塞. 这个进程在有数据达到时被立刻唤醒, 并且那个数据被返回给调用者, 即便小于在给方法的 count 参数中请求的数量.
　　（2）阻塞型驱动中，write实现方式：如果一个进程调用 write 并且在缓冲中没有空间, 这个进程必须阻塞, 并且它必须在一个与用作 read 的不同的等待队列中. 当一些数据被写入硬件设备, 并且在输出缓冲中的空间变空闲, 这个进程被唤醒并且写调用成功, 尽管数据可能只被部分写入如果在缓冲只没有空间给被请求的 count 字节.
　　（3）有时要求一个操作不阻塞, 即便它不能完全地进行下去.应用程序元可以调用 filp->f_flags 中的 O_NONBLOCK 标志来人为的设置读写操作为非阻塞方式. 这个标志定义于 <linux/fcntl.h>, 被 <linux/fs.h>自动包含
五、阻塞型驱动测试程序：
1.memdev.h
1. #ifndef _MEMDEV_H_
2. #define _MEMDEV_H_
4. #ifndef MEMDEV_MAJOR
5. #define MEMDEV_MAJOR 0 /*预设的mem的主设备号*/
6. #endif
8. #ifndef MEMDEV_NR_DEVS
9. #define MEMDEV_NR_DEVS 2 /*设备数*/
10. #endif
12. #ifndef MEMDEV_SIZE
13. #define MEMDEV_SIZE 4096
14. #endif
16. /*mem设备描述结构体*/
17. struct mem_dev
18. {
19. char *data;
20. unsigned long size;
21. wait_queue_head_t inq;
22. };
24. #endif /* _MEMDEV_H_ */
2.memdev.c
1. #include <linux/module.h>
2. #include <linux/types.h>
3. #include <linux/fs.h>
4. #include <linux/errno.h>
5. #include <linux/mm.h>
6. #include <linux/sched.h>
7. #include <linux/init.h>
8. #include <linux/cdev.h>
9. #include <asm/io.h>
10. #include <asm/system.h>
11. #include <asm/uaccess.h>
13. #include "memdev.h"
16. static mem_major = MEMDEV_MAJOR;
17. bool have_data = false; /*表明设备有足够数据可供读*/
19. module_param(mem_major, int, S_IRUGO);
21. struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/
23. struct cdev cdev;
25. /*文件打开函数*/
26. int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
27. {
28. struct mem_dev *dev;
30. /*获取次设备号*/
31. int num = MINOR(inode->i_rdev);
33. if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)
34. return -ENODEV;
35. dev = &mem_devp[num];
37. /*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/
38. filp->private_data = dev;
40. return 0;
41. }
43. /*文件释放函数*/
44. int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
45. {
46. return 0;
47. }
49. /*读函数*/
50. static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
51. {
52. unsigned long p = *ppos;
53. unsigned int count = size;
54. int ret = 0;
55. struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/
57. /*判断读位置是否有效*/
58. if (p >= MEMDEV_SIZE)
59. return 0;
60. if (count > MEMDEV_SIZE - p)
61. count = MEMDEV_SIZE - p;
63. while (!have_data) /* 没有数据可读，考虑为什么不用if，而用while,中断信号唤醒 */
64. {
65. if (filp->f_flags & O_NONBLOCK)
66. return -EAGAIN;
68. wait_event_interruptible(dev->inq,have_data);
69. }
72. /*读数据到用户空间*/
73. if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count))
74. {
75. ret = - EFAULT;
76. }
77. else
78. {
79. *ppos += count;
80. ret = count;
82. printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d ", count, p);
83. }
85. have_data = false; /* 表明不再有数据可读 */
86. return ret;
87. }
89. /*写函数*/
90. static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
91. {
92. unsigned long p = *ppos;
93. unsigned int count = size;
94. int ret = 0;
95. struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/
97. /*分析和获取有效的写长度*/
98. if (p >= MEMDEV_SIZE)
99. return 0;
100. if (count > MEMDEV_SIZE - p)
101. count = MEMDEV_SIZE - p;
103. /*从用户空间写入数据*/
104. if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count))
105. ret = - EFAULT;
106. else
107. {
108. *ppos += count;
109. ret = count;
111. printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d ", count, p);
112. }
114. have_data = true; /* 有新的数据可读 */
116. /* 唤醒读进程 */
117. wake_up(&(dev->inq));
119. return ret;
120. }
122. /* seek文件定位函数 */
123. static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
124. {
125. loff_t newpos;
127. switch(whence) {
128. case 0: /* SEEK_SET */
129. newpos = offset;
130. break;
132. case 1: /* SEEK_CUR */
133. newpos = filp->f_pos + offset;
134. break;
136. case 2: /* SEEK_END */
137. newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;
138. break;
140. default: /* can't happen */
141. return -EINVAL;
142. }
143. if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))
144. return -EINVAL;
146. filp->f_pos = newpos;
147. return newpos;
149. }
151. /*文件操作结构体*/
152. static const struct file_operations mem_fops =
153. {
154. .owner = THIS_MODULE,
155. .llseek = mem_llseek,
156. .read = mem_read,
157. .write = mem_write,
158. .open = mem_open,
159. .release = mem_release,
160. };
162. /*设备驱动模块加载函数*/
163. static int memdev_init(void)
164. {
165. int result;
166. int i;
168. dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);
170. /* 静态申请设备号*/
171. if (mem_major)
172. result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");
173. else /* 动态分配设备号 */
174. {
175. result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
176. mem_major = MAJOR(devno);
177. }
179. if (result < 0)
180. return result;
182. /*初始化cdev结构*/
183. cdev_init(&cdev, &mem_fops);
184. cdev.owner = THIS_MODULE;
185. cdev.ops = &mem_fops;
187. /* 注册字符设备 */
188. cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);
190. /* 为设备描述结构分配内存*/
191. mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);
192. if (!mem_devp) /*申请失败*/
193. {
194. result = - ENOMEM;
195. goto fail_malloc;
196. }
197. memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));
199. /*为设备分配内存*/
200. for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)
201. {
202. mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;
203. mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);
204. memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);
206. /*初始化等待队列*/
207. init_waitqueue_head(&(mem_devp[i].inq));
208. }
210. return 0;
212. fail_malloc:
213. unregister_chrdev_region(devno, 1);
215. return result;
216. }
218. /*模块卸载函数*/
219. static void memdev_exit(void)
220. {
221. cdev_del(&cdev); /*注销设备*/
222. kfree(mem_devp); /*释放设备结构体内存*/
223. unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/
224. }
226. MODULE_AUTHOR("David Xie");
227. MODULE_LICENSE("GPL");
229. module_init(memdev_init);
230. module_exit(memdev_exit);
3.app-write.c
1. #include <stdio.h>
3. int main()
4. {
5. FILE *fp = NULL;
6. char Buf[128];
9. /*打开设备文件*/
10. fp = fopen("/dev/memdev0","r+");
11. if (fp == NULL)
12. {
13. printf("Open Dev memdev0 Error! ");
14. return -1;
15. }
17. /*写入设备*/
18. strcpy(Buf,"memdev is char dev!");
19. printf("Write BUF: %s ",Buf);
20. fwrite(Buf, sizeof(Buf), 1, fp);
22. sleep(5);
23. fclose(fp);
25. return 0;
27. }
4.app-read.c
1. #include <stdio.h>
3. int main()
4. {
5. FILE *fp = NULL;
6. char Buf[128];
8. /*初始化Buf*/
9. strcpy(Buf,"memdev is char dev!");
10. printf("BUF: %s ",Buf);
12. /*打开设备文件*/
13. fp = fopen("/dev/memdev0","r+");
14. if (fp == NULL)
15. {
16. printf("Open memdev0 Error! ");
17. return -1;
18. }
20. /*清除Buf*/
21. strcpy(Buf,"Buf is NULL!");
22. printf("Read BUF1: %s ",Buf);
24. /*读出数据*/
25. fread(Buf, sizeof(Buf), 1, fp);
27. /*检测结果*/
28. printf("Read BUF2: %s ",Buf);
30. fclose(fp);
32. return 0;
34. }
查看全文

相关阅读:
IO—》字节流&字符流
 IO—》递归
 IO—》File类
 IDEA快速升级模块版本号
 redis使用Jackson2JsonRedisSerializer序列化问题
 git 创建管理多用户
 linux后台启动程序脚本实例
 linux 安装配置kafka脚本
 linux 安装配置zookeeper脚本
 linux安装配置JDK脚本

原文地址：https://www.cnblogs.com/liuchengchuxiao/p/4214228.html

linux设备驱动阻塞机制 等待队列

linux设备驱动阻塞机制等待队列