linux设备驱动学习（九）–高级字符设备驱动

（2）添加等待队列入口到队列，并设置进程状态：void prepare_to_wait(wait_queue_head_t *queue, wait_queue_t *wait, int state); /*queue 和 wait 分别地是等待队列头和进程入口。state 是进程的新状态：TASK_INTERRUPTIBLE(可中断休眠，推荐)或TASK_UNINTERRUPTIBLE(不可中断休眠，不推荐)。

在设置晚进程状态之后，一般都要对条件进行检查，通过后边的代码分析。

（3）在检查确认仍然需要休眠之后调用 schedule

schedule(); //如果仍需要休眠，则把进程调度走

（4）schedule 返回，就到了清理时间:void finish_wait(wait_queue_head_t *queue, wait_queue_t *wait);

static int scull_getwritespace(struct scull_pipe *dev,struct file *filp)

{

while(spacefree(dev) == 0){ //缓冲区已满

DEFINE_WAIT(wait); 设置等待队列入口。

up(&dev->sem);

if(filp->f_flags & O_NONBLOCK)

return -EAGAIN;

PDEBUG("/"%s/" writing:going to sleep/n",current->comm);

prepare_to_wait(&dev->outq,&wait,TASK_INTERRUPTIBLE);//进入真正的休眠

if(spacefree(dev) == 0) // 这里必须要进行检查：考虑如下情况，在我们进入while循环之后，但在将自己放到等待队列之前，缓冲区变的可用。若不做这个检查，则会失去被唤醒的机会。

schedule();

finish_wait(&dev->outq,&wait);

if(signal_pending(current)) //对signal_pending的调用告诉我们，是否因为信号而被唤醒。如果是，我们需要返回给用户并让用户再次重拾；否则，我们将获取信号量，检测空间。

return -ERESTRATSYS;

if(down_interruptible(&dev->sem)

return -ERESTRATSYS;

}

return 0;

}

独占等待

当一个进程调用 wake_up 在等待队列上，所有的在这个队列上等待的进程被置为可运行的。 这在许多情况下是正确的做法。但有时，可能只有一个被唤醒的进程将成功获得需要的资源，而其余的将再次休眠。这时如果等待队列中的进程数目大，这可能严重降低系统性能。为此，内核开发者增加了一个“独占等待”选项。它与一个正常的睡眠有 2 个重要的不同:

（1）当等待队列入口设置了 WQ_FLAG_EXCLUSEVE 标志，它被添加到等待队列的尾部；否则，添加到头部。

（2）当 wake_up 被在一个等待队列上调用, 它在唤醒第一个有 WQ_FLAG_EXCLUSIVE 标志的进程后停止唤醒.但内核仍然每次唤醒所有的非独占等待。

采用独占等待要满足 2 个条件:

（1）希望对资源进行有效竞争；

（2）当资源可用时，唤醒一个进程就足够来完全消耗资源。

使一个进程进入独占等待，可调用：

void prepare_to_wait_exclusive(wait_queue_head_t *queue, wait_queue_t *wait, int state);

注意：无法使用 wait_event 和它的变体来进行独占等待.

唤醒的相关函数

很少会需要调用wake_up_interruptible 之外的唤醒函数，但为完整起见，这里是整个集合：

wake_up(wait_queue_head_t *queue); wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *queue); /*wake_up 唤醒队列中的每个非独占等待进程和一个独占等待进程。wake_up_interruptible 同样, 除了它跳过处于不可中断休眠的进程。它们在返回之前, 使一个或多个进程被唤醒、被调度(如果它们被从一个原子上下文调用, 这就不会发生).*/

转自：http://blog.chinaunix.net/u1/34474/showart.php?id=413183

poll和select

poll、 select、epoll：都允许进程决定是否可以对一个或多个打开的文件作非阻塞的读取或写入。这些调用也会阻塞进程，知道给定的文件描述符集合中任何一个可读取或写入。

对上述系统调用的支持需要驱动中的poll函数：

unsigned int (*poll)(struct file *filp,poll_table *wait)

当用户程序在驱动程序关联的文件描述符上执行poll、select、epoll系统调用时，该驱动程序将被调用。分为两步：

1.在一个或多个可指示poll状态变化的等待队列上调用poll_wait。如果当前没有可用来执行的I/O，则内核将使进程在传递到该系统调用的所有文件描述符对应的等待队列上等待。通过调用poll_wait函数，向poll_table结构添加一个等待队列。

void poll_wait(struct file *,struct wait_queue_head_t *,poll_table *);

2.返回一个位掩码：描述可能不必阻塞就立刻进行的操作

标志

含义

POLLIN

如果设备无阻塞的读，就返回该值

POLLRDNORM

通常的数据已经准备好，可以读了，就返回该值。通常的做法是会返回（POLLLIN|POLLRDNORM）

POLLRDBAND

如果可以从设备读出带外数据，就返回该值，它只可在linux内核的某些网络代码中使用，通常不用在设备驱动程序中

POLLPRI

如果可以无阻塞的读取高优先级（带外）数据，就返回该值，返回该值会导致select报告文件发生异常，以为select八带外数据当作异常处理

POLLHUP

当读设备的进程到达文件尾时，驱动程序必须返回该值，依照select的功能描述，调用select的进程被告知进程时可读的。

POLLERR

如果设备发生错误，就返回该值。

POLLOUT

如果设备可以无阻塞地写，就返回该值

POLLWRNORM

设备已经准备好，可以写了，就返回该值。通常地做法是（POLLOUT|POLLWRNORM）

POLLWRBAND

于POLLRDBAND类似

scullpipe的poll实现：

static unsigned int scull_p_poll(struct file *filp,poll_table *wait)

{

unsigned int mask = 0;

struct scull_pipe *dev = filp->private_data;

down(&dev->sem);

poll_wait(filp,&dev->inq,wait);

poll_wait(filp,&dev->outq,wait); //驱动程序只需要调用就可以，不用关注其细节

if(dev->rp != dev->wp)

mask |= POLLIN|POLLRDNORM; //可读取

if(spacefree(dev))

make |= POLLOUT|POLLWRNORM; //可写入

up(&dev->sem);

return mask;

}

与read和write进行交互

poll和select调用的目的是确定接下来的I/O操作是否会阻塞。poll和select的更重要用途他们可以是应用程序同时等待多个数据流。

正确实现poll调用的规则:

从设备读取数据：

1.如果在输入缓冲中有数据，read 调用应当立刻返回，即便数据少于应用程序要求的，并确保其他的数据会很快到达。 如果方便，可一直返回小于请求的数据，但至少返回一个字节。在这个情况下，poll 应当返回 POLLIN|POLLRDNORM。

2.如果在输入缓冲中无数据，read默认必须阻塞直到有一个字节。若O_NONBLOCK 被置位，read 立刻返回 -EAGIN 。在这个情况下，poll 必须报告这个设备是不可读（清零POLLIN|POLLRDNORM）的直到至少一个字节到达。

3.若处于文件尾，不管是否阻塞，read 应当立刻返回0，且poll 应该返回POLLHUP

向设备写数据：

1.若输出缓冲有空间，write 应立即返回。它可接受小于调用所请求的数据，但至少必须接受一个字节。在这个情况下，poll应返回 POLLOUT|POLLWRNORM。

2.若输出缓冲是满的，write默认阻塞直到一些空间被释放。若 O_NOBLOCK 被设置，write 立刻返回一个 -EAGAIN。在这些情况下, poll 应当报告文件是不可写的（清零POLLOUT|POLLWRNORM）. 若设备不能接受任何多余数据， 不管是否设置了 O_NONBLOCK，write 应返回 -ENOSPC("设备上没有空间")。

3.永远不要让write在返回前等待数据的传输结束，即使O_NONBLOCK 被清除。若程序想保证它加入到输出缓冲中的数据被真正传送, 驱动必须提供一个 fsync 方法。

刷新待处理输出若一些应用程序需要确保数据被发送到设备，就实现必须fsync 方法。对 fsync 的调用只在设备被完全刷新时(即输出缓冲为空)才返回，不管 O_NONBLOCK 是否被设置，即便这需要一些时间。其原型是:

int (*fsync) (struct file *file, struct dentry *dentry, int datasync);