linux设备驱动学习（四）——阻塞与非阻塞I/O

1.阻塞与非阻塞I/O介绍

阻塞和非阻塞I/O是设备访问的两种不同模式。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再进行操作。被挂起的进程进入睡眠状态，被从调度器的运行队列移走，直到等待的条件被满足。而非阻塞操作的进程在不能进行设备操作时，并不挂起，它要么放弃，要么不停地查询，直至可以进行操作为止。

驱动程序通常需要提供这样的能力：当应用程序进行read（）、write（）等系统调用时，若设备的资源不能获取，而用户又希望以阻塞的方式访问设备，驱动程序应在设备驱动的xxx_read（）、xxx_write（）等操作中将进程阻塞直到资源可以获取，此后，应用程序的read（）、write（）等调用才返回，整个过程仍然进行了正确的设备访问，用户并没有感知到；若用户以非阻塞的方式访问设备文件，则当设备资源不可获取时，设备驱动的xxx_read（）、xxx_write（）等操作应立即返回，read（）、write（）等系统调用也随即被返回，应用程序收到-EAGAIN返回值。

2.阻塞进程的唤醒

在Linux驱动程序中，可以使用等待队列（Wait Queue）来实现阻塞进程的唤醒。等待队列很早就作为一个基本的功能单位出现在Linux内核里了，它以队列为基础数据结构，与进程调度机制紧密结合，可以用来同步对系统资源的访问。

wait_queue_head_t my_queue; //定义“等待队列头部”,wait_queue_head_t是__wait_queue_head结构体的一个typedef

init_waitqueue_head(&my_queue); //初始化“等待队列头部”

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD (name); //此宏可以作为定义并初始化等待队列头部的“快捷方式”

DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk); //定义等待队列元素,定义并初始化一个名为name的等待队列元素。

/*添加和移除等待队列*/

void add_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait);//将等待队列元素wait添加到等待队列头部q指向的双向链表中

void remove_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait);//将等待队列元素wait从由q头部指向的链表中移除

/*等待事件*/

wait_event(queue, condition)
wait_event_interruptible(queue, condition)
wait_event_timeout(queue, condition, timeout)

wait_event_interruptible_timeout(queue, condition, timeout)

等待第1个参数queue作为等待队列头部的队列被唤醒，而且第2个参数condition必须满足，否则继续阻塞。wait_event（）和wait_event_interruptible（）的区别在于后者可以被信号打断，而前者不能。加上_timeout后的宏意味着阻塞等待的超时时间，以jiffy为单位，在第3个参数的timeout到达时，不论condition是否满足，均返回。

/*唤醒队列*/

void wake_up(wait_queue_head_t *queue);

void wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *queue);

wake_up（）应该与wait_event（）或wait_event_timeout（）成对使用，而wake_up_interruptible（）则应与wait_event_interruptible（）或wait_event_interruptible_timeout（）成对使用。wake_up（）可唤醒处于TASK_INTERRUPTIBLE和TASK_UNINTERRUPTIBLE的进程，而wake_up_interruptible（）只能唤醒处于TASK_INTERRUPTIBLE的进程

/*在等待队列上睡眠*/

sleep_on(wait_queue_head_t *q );

interruptible_sleep_on(wait_queue_head_t *q );

sleep_on（）函数的作用就是将目前进程的状态置成TASK_UNINTERRUPTIBLE，并定义一个等待队列元素，之后把它挂到等待队列头部q指向的双向链表，直到资源可获得，q队列指向链接的进程被唤醒。interruptible_sleep_on（）与sleep_on（）函数类似，其作用是将目前进程的状态置成TASK_INTERRUPTIBLE，并定义一个等待队列元素，之后把它附属到q指向的队列，直到资源可获得（q指引的等待队列被唤醒）或者进程收到信号。

sleep_on（）函数应该与wake_up（）成对使用，interruptible_sleep_on（）应该与wake_up_interruptible（）成对使用。

/* 示例 */

static int __init globalfifo_init(void)
{
int ret;
dev_t devno = MKDEV(globalfifo_major, 0);

if (globalfifo_major)
ret = register_chrdev_region(devno, 1, "globalfifo");
else {
ret = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "globalfifo");
globalfifo_major = MAJOR(devno);
}
if (ret < 0)
return ret;

globalfifo_devp = kzalloc(sizeof(struct globalfifo_dev), GFP_KERNEL);
if (!globalfifo_devp) {
ret = -ENOMEM;
goto fail_malloc;
}

globalfifo_setup_cdev(globalfifo_devp, 0);

mutex_init(&globalfifo_devp->mutex);
init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->r_wait);
init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->w_wait);

return 0;

fail_malloc:
unregister_chrdev_region(devno, 1);
return ret;
}
module_init(globalfifo_init);

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