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linux设备驱动归纳总结(三):5.阻塞型IO实现

2013年12月03日 ⁄ 综合 ⁄ 共 4976字 ⁄ 字号 评论关闭

linux设备驱动归纳总结(三):5.阻塞型IO实现

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一、休眠简介:

进程休眠,简单的说就是正在运行的进程让出CPU。休眠的进程会被内核搁置在在一边,只有当内核再次把休眠的进程唤醒,进程才会会重新在CPU运行。这是内核中的进程调度,以后的章节会介绍。

现在应该先知道这样的一个概念,一个CPU在同一时间只能有一个进程在运行,在宏观上,我们觉得是所有进程同时进行的。实际上并不是这样,内核给每个进程分配了4G的虚拟内存,并且让每个进程傻乎乎的以为自己霸占着CPU运行。同时,内核暗中的将所有的进程按一定的算法CPU轮流的给每个进程使用,而休眠就是进程没有被运行时的一种形式。在休眠下,进程不占用CPU,等待被唤醒。

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二、阻塞型IO的实现:

知道什么是休眠,接下来就好办了。接下来就是要实现阻塞型的readwrite函数,函数将实现一下功能:

read:当没数据可读时,函数让出CPU,进入休眠状态,等待write写入数据后唤醒read

write:写入数据,并唤醒read

先上函数:我只上需要修改的函数,openrelease就不贴了

/*3rd_char_5/1st/test.c*/

1 #include <linux/module.h>

2 #include <linux/init.h>

3 #include <linux/fs.h>

4 #include <linux/cdev.h>

5

6 #include <linux/wait.h>

7 #include <linux/sched.h>

8

9 #include <asm/uaccess.h>

10 #include <linux/errno.h>

11

12 #define DEBUG_SWITCH 1

13 #if DEBUG_SWITCH

14 #define P_DEBUG(fmt, args...) printk("<1>" "<kernel>[%s]"fmt, __FUNCT ION__, ##args)

15 #else

16 #define P_DEBUG(fmt, args...) printk("<7>" "<kernel>[%s]"fmt, __FUNCT ION__, ##args)

17 #endif

18

19 #define DEV_SIZE 100

20

21 struct _test_t{

22 char kbuf[DEV_SIZE];

23 unsigned int major;

24 unsigned int minor;

25 unsigned int cur_size;

26 dev_t devno;

27 struct cdev test_cdev;

28 wait_queue_head_t test_queue; //1、定义等待队列头

29 };

30

。。。。。。省略。。。。。。。

43

44 ssize_t test_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *offset)

45 {

46 int ret;

47 struct _test_t *dev = filp->private_data;

48

49 /*休眠*/

50 P_DEBUG("read data.....\n");

51 if(wait_event_interruptible(dev->test_queue, dev->cur_size > 0))

52 return - ERESTARTSYS;

53

54 if (copy_to_user(buf, dev->kbuf, count)){

55 ret = - EFAULT;

56 }else{

57 ret = count;

58 dev->cur_size -= count;

59 P_DEBUG("read %d bytes, cur_size:[%d]\n", count, dev->cur_size);

60 }

61

62 return ret; //返回实际写入的字节数或错误号

63 }

64

65 ssize_t test_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *offset)

66 {

67 int ret;

68 struct _test_t *dev = filp->private_data;

69

70 if(copy_from_user(dev->kbuf, buf, count)){

71 ret = - EFAULT;

72 }else{

73 ret = count;

74 dev->cur_size += count;

75 P_DEBUG("write %d bytes, cur_size:[%d]\n", count, dev->cur_size);

76 P_DEBUG("kbuf is [%s]\n", dev->kbuf);

77 /*唤醒*/

78 wake_up_interruptible(&dev->test_queue);

79 }

80

81 return ret; //返回实际写入的字节数或错误号

82 }

83

84 struct file_operations test_fops = {

85 .open = test_open,

86 .release = test_close,

87 .write = test_write,

88 .read = test_read,

89 };

90

91 struct _test_t my_dev;

92

93 static int __init test_init(void) //模块初始化函数

94 {

95 int result = 0;

96 my_dev.cur_size = 0;

97 my_dev.major = 0;

98 my_dev.minor = 0;

99

100 if(my_dev.major){

101 my_dev.devno = MKDEV(my_dev.major, my_dev.minor);

102 result = register_chrdev_region(my_dev.devno, 1, "test new driver") ;

103 }else{

104 result = alloc_chrdev_region(&my_dev.devno, my_dev.minor, 1, "test alloc diver");

105 my_dev.major = MAJOR(my_dev.devno);

106 my_dev.minor = MINOR(my_dev.devno);

107 }

108

109 if(result < 0){

110 P_DEBUG("register devno errno!\n");

111 goto err0;

112 }

113

114 printk("major[%d] minor[%d]\n", my_dev.major, my_dev.minor);

115

116 cdev_init(&my_dev.test_cdev, &test_fops);

117 my_dev.test_cdev.owner = THIS_MODULE;

118 /*初始化等待队列头,注意函数调用的位置*/

119 init_waitqueue_head(&my_dev.test_queue);

120

121 result = cdev_add(&my_dev.test_cdev, my_dev.devno, 1);

122 if(result < 0){

123 P_DEBUG("cdev_add errno!\n");

124 goto err1;

125 }

126

127 printk("hello kernel\n");

128 return 0;

129

130 err1:

131 unregister_chrdev_region(my_dev.devno, 1);

132 err0:

133 return result;

134 }

为了方便讲解,函数我精简了很多,红色好亮代码是新加的知识点,其他都是之前已经讲过的。

下面开始介绍上面使用的知识:

知识1)什么是等待队列。

前面说了进程休眠,而其他进程为了能够唤醒休眠的进程,它必须知道休眠的进程在哪里,出于这样的原因,需要有一个称为等待队列的结构体。等待队列是一个存放着等待某个特定事件进程链表

在这里的程序,用于存放等待唤醒的进程。

既然是队列,当然要有个队列头,在使用等待队列之前,必须先定义并初始化等待队列头。

先看一下队列头的样子:

/*linux/wait.h*/

50 struct __wait_queue_head {

51 spinlock_t lock; //这个是自旋锁,在这里不需要理会。

52 struct list_head task_list; //这就是队列头中的核心,链表头。

53 };

54 typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;

说白了就是定义并初始化一个链表。以后就能够在这个链表添加需要等待的进程了。

定义并初始化队列头有两种方法:

1)静态定义并初始化,一个函数执行完两个操作。省力又省心。

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name)

使用:定义并初始化一个叫name的等待队列。

2)分开两步执行。

2.1)定义

wait_queue_head_t test_queue;

2.2)初始化

init_waitqueue_head(&test_queue);

我使用的是第二种方法,这些都是在加载模块时应该完成的操作。其中,等待队列头的定义我放在”struct _test_t”结构体中,初始化放在模块加载函数中。

这里值得注意的是初始化函数的位置,它必须在cdev添加函数”cdev_add”。因为”cdev_add”执行成功就意味着设备可以被操作,设备被操作前当然需要把所有的事情都干完,包括等待队列的初始化。

知识2)进程休眠

test_read函数中就实现了进程休眠,使用了函数”wait_evenr_interruptible”

wait_event_interruptible(wq, condition)

使用:

如果condition为真,函数将进程添加到等待队列头wq并等待唤醒。

返回值:

添加成功返回0。另外,interruptition的意思是休眠进程可以被某个信号中断中断,如果被中断,驱动程序应该返回-ERESTARTSYS

这有一类的函数,操作跟”wait_evevt_interruptition”类似

wait_event(queue, condition)

/*函数成功会进入不可中断休眠,不推荐*/
wait_event_interruptible(queue, condition)

/*函数调用成功会进入可中断休眠,推荐,返回非零值意味着休眠被中断,且驱动应返回-ERESTARTSYS*/
wait_event_timeout(queue, condition, timeout)
wait_event_interruptible_timeout(queue, condition, timeout)
/*
比上面两个函数多了限时功能,若休眠超时,则不管条件为何值返回0*/

上面的四个函数大致都是完成一下的操作:

wait_event_interruptible(dev->test_queue,
dev->cur_size > 0)
举例:

1、定义并初始化一个wait_queue_t结构体,然后将它添加到等待队列test_queue中。

2、更改进程的状态,休眠的状态有两种:(可中断休眠)TASK_INTERRUPTIBLE和(不可中断休眠)TASK_UNINTERRUPTIBLE。上面的函数会切换到可中断休眠。

3、判断条件
dev->cur_size > 0是否成立,如果不成立,则调用函数schedule()让出CPU。注意,一旦让出CPU进入休眠后,进程再次被唤醒后就会从这一步开始,再次检测条件是否成立,如果还是不成立,继续让出CPU,等待下一次的唤醒。如果成立,则进行下一步的操作。所以,这个函数的条件会被多次判断,因此这个判断语句并不能对这个进程带来任何副作用。

4、条件成立后做一些相应的清理工作,并把进程

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