阻塞操做是指在執行設備操做的時候,若不能獲取資源,則掛起進程直到知足可操做的條件後再進行操做。被掛起的進程進入睡眠狀態,被從調度器的運行隊列移走,直到等待的條件被知足。node
非阻塞操做的進程在不能進行設備操做時,並不掛起,要麼放棄,要麼不停的查詢,直到能夠進行操做爲止。linux
驅動程序應提供這樣的能力:當應用程序進行 read()、write()等系統調用時,若設備的資源不能獲取,而用戶又但願以阻塞的方式訪問設備,驅動程序應在設備驅動的 xxx_write()、xxx_read()等操做中將進程阻塞直到資源可取,此後,應用程序的 read()、write() 等調用才返回,整個過程仍然進行了正確的設備訪問,但用戶無感知;若用戶以非阻塞的方式訪問設備文件,則當設備資源不可獲取時,設備驅動的 xxx_write()、xxx_read() 等操做應當即返回, read()、write() 等調用也隨即返回,應用程序收到 -EAGAIN 的返回值。數據結構
在 Linux 驅動中,可以使用等待隊列(wait queue)來實現阻塞進程的喚醒。等待隊列以隊列爲基礎數據結構,與進程調度機制緊密結合,能夠用來同步對系統資源的訪問。函數
1 /** 2 * 等待隊列頭數據結構 3 * 定義等待隊列頭: 4 * wait_queue_head_t my_queue; 5 */ 6 struct __wait_queue_head { 7 spinlock_t lock; 8 struct list_head task_list; 9 }; 10 typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;
1 /** 2 * 初始化等待隊列頭部 3 */ 4 extern void __init_waitqueue_head(wait_queue_head_t *q, const char *name, struct lock_class_key *); 5 6 #define init_waitqueue_head(q) \ 7 do { \ 8 static struct lock_class_key __key; \ 9 \ 10 __init_waitqueue_head((q), #q, &__key); \ 11 } while (0)
1 /** 定義並初始化等待隊列頭部 */ 2 #define DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name) \ 3 wait_queue_head_t name = __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(name)
1 /** 定義等待隊列元素,用於定義並初始化一個名爲 name 的等待隊列元素 */ 2 #define DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk) \ 3 wait_queue_t name = __WAITQUEUE_INITIALIZER(name, tsk)
1 /** 添加等待隊列:將等待隊列元素 wait 添加到等待隊列頭部 q 指向的雙向鏈表中 */ 2 extern void add_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait);
1 /** 刪除等待隊列:將等待隊列元素 wait 從由等待隊列頭部 q 指向的鏈表中刪除 */ 2 extern void remove_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait);
1 /** 2 * 等待事件 3 * wq:做爲等待隊列頭部的隊列被喚醒 4 * condition:此參數必須知足,不然繼續阻塞 5 * wait_event 和 wait_event_interruptible 區別是後者能夠被信號打斷,而前者不能 6 * 加上 _timeout 後表示阻塞等待的超時時間,以 jiffy 爲但聞,在第三個參數的 timeout 到達時,不論 condition 是否知足,均返回 7 */ 8 wait_event(wq, condition); 9 wait_event_interruptible(wq, condition); 10 wait_event_timeout(wq, condition, timeout); 11 wait_event_interruptible_timeout(wq, condition, timeout);
1 /** 2 * 喚醒隊列 3 * 喚醒以 q 做爲等待隊列頭部的隊列中的全部進程 4 * wake_up 與 wait_event 或 wait_event_timeout 成對使用 5 * wake_up_interruptible 與 wait_event_interruptible 或 wait_event_interruptible_timeout 成對使用 6 * wake_up 可喚醒處於 TASK_INTERRUPTIBLE 和 TASK_UNINTERRUPTIBLE 的進程 7 * wake_up_interruptible 只能喚醒處於 TASK_INTERRUPTIBLE 的進程 8 */ 9 void wake_up(wait_queue_head_t *q); 10 void wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *q);
增長約束:把 globalmem 中的全局內存變爲一個 FIFO,只有當 FIFO 有數據的時候(即有進程把數據寫到這個 FIFO 並且沒有沒有被讀進程讀空),讀進程才能把數據讀出,並且讀取後的數據會從 globalmem 的全局內存中被拿掉;只有當 FIFO 不是滿的時候(即還有一些空間未被寫,或寫滿後被讀進程從這個 FIFO 中讀出了數據),寫進程才能往這個 FIFO 中寫數據。spa
1 #include <linux/module.h> 2 #include <linux/fs.h> 3 #include <linux/init.h> 4 #include <linux/cdev.h> 5 #include <linux/slab.h> 6 #include <linux/uaccess.h> 7 #include <linux/mutex.h> 8 #include <linux/wait.h> 9 #include <linux/sched/signal.h> ///< 內核>5.0 使用 10 //#include <linux/sched.h> 11 12 #define GLOBALFIFO_SIZE 0x1000 13 //#define MEM_CLEAR 0X1 14 #define GLOBALFIFO_MAGIC 'g' 15 #define MEM_CLEAR _IO(GLOBALFIFO_MAGIC, 0) 16 #define GLOBALFIFO_MAJOR 230 17 #define DEVICE_NUMBER 10 18 19 static int globalfifo_major = GLOBALFIFO_MAJOR; 20 module_param(globalfifo_major, int, S_IRUGO); 21 22 struct globalfifo_dev { 23 struct cdev cdev; 24 /** 25 * 目前 FIFO 中有效數據長度 26 * current_len = 0, 表示 FIFO 爲空 27 * current_len = GLOBALFIFO_SIZE, 表示 FIFO 滿 28 */ 29 unsigned int current_len; 30 unsigned char mem[GLOBALFIFO_SIZE]; 31 struct mutex mutex; 32 wait_queue_head_t r_wait; ///< 讀等待隊列頭 33 wait_queue_head_t w_wait; ///< 寫等待隊列頭 34 }; 35 36 struct globalfifo_dev *globalfifo_devp; 37 38 /** 39 * 這裏涉及到私有數據的定義,大多數遵循將文件私有數據 pirvate_data 指向設備結構體, 40 * 再用 read write llseek ioctl 等函數經過 private_data 訪問設備結構體。 41 * 對於此驅動而言,私有數據的設置是在 open 函數中完成的 42 */ 43 static int globalfifo_open(struct inode *inode, struct file *filp) 44 { 45 /** 46 * NOTA: 47 * container_of 的做用是經過結構體成員的指針找到對應結構體的指針。 48 * 第一個參數是結構體成員的指針 49 * 第二個參數是整個結構體的類型 50 * 第三個參數爲傳入的第一個參數(即結構體成員)的類型 51 * container_of 返回值爲整個結構體指針 52 */ 53 struct globalfifo_dev *dev = container_of(inode->i_cdev, struct globalfifo_dev, cdev); 54 filp->private_data = dev; 55 return 0; 56 } 57 58 static int globalfifo_release(struct inode *inode, struct file *filp) 59 { 60 return 0; 61 } 62 63 static long globalfifo_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg) 64 { 65 struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data; 66 67 switch(cmd){ 68 case MEM_CLEAR: 69 mutex_lock(&dev->mutex); 70 memset(dev->mem, 0, GLOBALFIFO_SIZE); 71 printk(KERN_INFO "globalfifo is set to zero\n"); 72 mutex_unlock(&dev->mutex); 73 break; 74 default: 75 return -EINVAL; 76 } 77 78 return 0; 79 } 80 81 static loff_t globalfifo_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int orig) 82 { 83 loff_t ret = 0; 84 switch(orig) { 85 case 0: /** 從文件開頭位置 seek */ 86 if(offset < 0){ 87 ret = -EINVAL; 88 break; 89 } 90 if((unsigned int)offset > GLOBALFIFO_SIZE){ 91 ret = -EINVAL; 92 break; 93 } 94 filp->f_pos = (unsigned int)offset; 95 ret = filp->f_pos; 96 break; 97 case 1: /** 從文件當前位置開始 seek */ 98 if((filp->f_pos + offset) > GLOBALFIFO_SIZE){ 99 ret = -EINVAL; 100 break; 101 } 102 if((filp->f_pos + offset) < 0){ 103 ret = -EINVAL; 104 break; 105 } 106 filp->f_pos += offset; 107 ret = filp->f_pos; 108 break; 109 default: 110 ret = -EINVAL; 111 break; 112 } 113 114 return ret; 115 } 116 117 static ssize_t globalfifo_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos) 118 { 119 unsigned int count = size; 120 int ret = 0; 121 struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data; 122 123 DECLARE_WAITQUEUE(wait, current); ///< 將當前進程加入到 wait 等待隊列 124 mutex_lock(&dev->mutex); 125 add_wait_queue(&dev->w_wait, &wait); ///< 添加等待隊列元到讀隊列頭中 126 127 /** 判斷設備是否可寫 */ 128 while(dev->current_len == GLOBALFIFO_SIZE){ 129 /** 如果非阻塞訪問, 設備忙時, 直接返回 -EAGAIN */ 130 if(filp->f_flags & O_NONBLOCK) { 131 ret = -EAGAIN; 132 goto out; 133 } 134 135 __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); ///<改變進程狀態爲睡眠 136 schedule(); 137 if(signal_pending(current)){ ///< 由於信號而喚醒 138 ret = -ERESTARTSYS; 139 goto out2; 140 } 141 } 142 143 if(count > GLOBALFIFO_SIZE - dev->current_len) 144 count = GLOBALFIFO_SIZE - dev->current_len; 145 146 if(copy_from_user(dev->mem + dev->current_len, buf, count)){ 147 ret = -EFAULT; 148 goto out; 149 } else { 150 dev->current_len += count; 151 printk(KERN_INFO "written %u bytes(s), current len:%d\n", count, dev->current_len); 152 153 wake_up_interruptible(&dev->r_wait); ///< 喚醒讀等待隊列 154 ret = count; 155 } 156 out: 157 mutex_unlock(&dev->mutex); 158 out2: 159 remove_wait_queue(&dev->w_wait, &wait); ///< 移除等待隊列 160 set_current_state(TASK_RUNNING); 161 return ret; 162 } 163 164 /** 165 * *ppos 是要讀的位置相對於文件開頭的偏移,若是該偏移大於或等於 GLOBALFIFO_SIZE,意味着已經獨到文件末尾 166 */ 167 static ssize_t globalfifo_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos) 168 { 169 unsigned int count = size; 170 int ret = 0; 171 struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data; 172 173 DECLARE_WAITQUEUE(wait, current); ///< 將當前進程加入到 wait 等待隊列 174 mutex_lock(&dev->mutex); 175 add_wait_queue(&dev->r_wait, &wait); ///< 添加等待隊列元到讀隊列頭中 176 177 /** 等待 FIFO 非空,即判斷設備是否可讀 */ 178 while(dev->current_len == 0) { 179 /** 如果非阻塞訪問, 設備忙時, 直接返回 -EAGAIN */ 180 /** filp->f_flags 是用戶空間 */ 181 if(filp->f_flags & O_NONBLOCK) { 182 ret = -EAGAIN; 183 goto out; 184 } 185 186 /** 187 * 阻塞訪問,調度其餘進程執行 188 * FIFO 爲空的狀況下,讀進程阻塞,必須依賴寫進程往 FIFO 裏面寫東西喚醒它; 189 * 但寫的進程爲了 FIFO,它必須拿到這個互斥體來訪問 FIFO 這個臨界資源; 190 * 若是讀進程把本身調度出去以前不釋放這個互斥體,那麼讀寫進程之間就死鎖了 191 */ 192 __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); ///<改變進程狀態爲睡眠 193 mutex_unlock(&dev->mutex); 194 schedule(); 195 if(signal_pending(current)){ ///< 由於信號而喚醒 196 ret = -ERESTARTSYS; 197 goto out2; 198 } 199 200 mutex_lock(&dev->mutex); 201 } 202 203 /** 要讀取的字節數大於設備文件中的有效數據長度 */ 204 if(count > dev->current_len) 205 count = dev->current_len; 206 207 /** 從用戶空間拷貝數據 */ 208 if(copy_to_user(buf, dev->mem, count)) { 209 ret = -EFAULT; 210 goto out; 211 } else { 212 /** FIFO 中數據前移 */ 213 memcpy(dev->mem, dev->mem + count, dev->current_len - count); 214 dev->current_len -= count; ///< 有效數據長度減小 215 printk(KERN_INFO "read %u bytes(s), current_len: %d\n", count, dev->current_len); 216 217 wake_up_interruptible(&dev->w_wait); ///< 喚醒寫等待隊列 218 219 ret = count; 220 } 221 out: 222 mutex_unlock(&dev->mutex); 223 out2: 224 remove_wait_queue(&dev->r_wait, &wait); ///< 移除等待隊列 225 set_current_state(TASK_RUNNING); 226 return ret; 227 } 228 229 static const struct file_operations globalfifo_fops = { 230 .owner = THIS_MODULE, 231 .llseek = globalfifo_llseek, 232 .read = globalfifo_read, 233 .write = globalfifo_write, 234 .unlocked_ioctl = globalfifo_ioctl, 235 .open = globalfifo_open, 236 .release = globalfifo_release, 237 }; 238 239 240 /** 241 * @brief globalfifo_setup_cdev 242 * 243 * @param dev 244 * @param index 次設備號 245 */ 246 static void globalfifo_setup_cdev(struct globalfifo_dev *dev, int index) 247 { 248 int err; 249 int devno = MKDEV(globalfifo_major, index); 250 251 /** 使用 cdev_init 便是靜態初始化了 cdev */ 252 cdev_init(&dev->cdev, &globalfifo_fops); 253 dev->cdev.owner = THIS_MODULE; 254 255 /** 設備編號範圍設置爲1,表示咱們只申請了一個設備 */ 256 err = cdev_add(&dev->cdev, devno, 1); 257 if(err) 258 printk(KERN_NOTICE "Error %d adding globalfifo%d\n", err, index); 259 } 260 261 static int __init globalfifo_init(void) 262 { 263 int ret; 264 int i; 265 dev_t devno = MKDEV(globalfifo_major, 0); 266 267 if(globalfifo_major) 268 ret = register_chrdev_region(devno, DEVICE_NUMBER, "globalfifo"); 269 else { 270 ret = alloc_chrdev_region(&devno, 0, DEVICE_NUMBER, "globalfifo"); 271 globalfifo_major = MAJOR(devno); 272 } 273 274 if(ret < 0) 275 return ret; 276 277 globalfifo_devp = kzalloc(sizeof(struct globalfifo_dev), GFP_KERNEL); 278 if(!globalfifo_devp){ 279 ret = -ENOMEM; 280 goto fail_malloc; 281 } 282 283 for(i = 0; i < DEVICE_NUMBER; i++){ 284 globalfifo_setup_cdev(globalfifo_devp + i, i); 285 } 286 287 mutex_init(&globalfifo_devp->mutex); 288 289 /** 初始化讀寫等待隊列 */ 290 init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->r_wait); 291 init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->w_wait); 292 293 fail_malloc: 294 unregister_chrdev_region(devno, 1); 295 return ret; 296 } 297 298 static void __exit globalfifo_exit(void) 299 { 300 int i; 301 for(i = 0; i < DEVICE_NUMBER; i++) { 302 cdev_del(&(globalfifo_devp + i)->cdev); 303 } 304 kfree(globalfifo_devp); 305 unregister_chrdev_region(MKDEV(globalfifo_major, 0), 1); 306 } 307 308 module_init(globalfifo_init); 309 module_exit(globalfifo_exit);
編譯驗證:指針
插入模塊:insmod globalfifo.kocode
建立設備節點:mknod /dev/globalfifo c 230 0blog
啓動兩個進程:隊列