Linux Kernel 学习笔记15：阻塞IO设计_阻塞io linux 底层实现

(本章基于：Linux-3.13.0-32)

当一个设备无法立即满足用户的读写请求时应当阻塞该用户程序。例如在socket网络编程时，使用read在一个已经建立好的socket连接上读取对方发送的数据，但此时对方什么都没有发送，这时程序默认进入阻塞状态（即睡眠），等待接收到对方发送的有效数据时再唤醒该程序继续运行。在Linux内核模块中我们使用等待队列实现这种阻塞功能。

1、定义等待队列

<linux/wait.h>

wait_queue_head_t  my_queue;

2、初始化等待队列

init_waitqueue_head(&my_queue);

3、定义+初始化宏

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(my_queue);

4、进入等待队列，睡眠

wait_queue(queue, condition);

当condition为真是立即返回，否则让程序进入TASK_UNINTERRUPTIBLE（不可中断）模式的睡眠，并挂在queue参数所指向的等待队列上；

wait_event_interruptible(queue, condition);

功能同上，区别在于会让程序进入TASK_INTERRUPTIBLE(可中断)模式的睡眠；

wait_event_killable(queue, condition);

功能同上，区别在于会让程序进入TASK_KILLABLE（只响应致命信号）模式的睡眠；

5、从等待队列中唤醒程序

wake_up(wait_queue_t *q);

从等待队列中唤醒所有进程；

wake_up_interruptible(wait_queue_t *q);

从等待队列中唤醒所有状态为TASK_INTERRUPTIABLE的进程

（注意：当进程被唤醒时会再次检查condition，若为真则立即返回，否则再次睡眠！）

例：

在本例中使用一个定时器以1s为周期递加资源source，一次read操作将source减一，当source为0时read操作被阻塞；

内核层：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/timer.h>
 
#define TIMER_INTERVAL  (1 * HZ)
 
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(WQ);
static struct timer_list timer;
unsigned int source = 0;
 
void
timer_function(unsigned long arg)
{
        source ++;
        wake_up(&WQ);
 
        mod_timer((struct timer_list*)arg, jiffies + TIMER_INTERVAL);
}
 
int my_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
        printk(KERN_INFO "This is miscdevice open\n");
        return 0;
}
 
int my_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
        printk(KERN_INFO "This is miscdevice close\n");
        return 0;
}
 
ssize_t
my_read(struct file *file, char __user *user, size_t size, loff_t *loff)
{
        printk(KERN_INFO "read start\n");
        wait_event_interruptible(WQ, source);
        source --;
        printk(KERN_INFO "read end\n");
        return 0;
}
 
const struct file_operations my_fops = {
        .open = my_open,
        .release = my_close,
        .read = my_read,
};
 
struct miscdevice  my_misc = {
        .minor = 201,
        .name = "stone",
        .fops = &my_fops,
};
 
static __init int hello_init(void)
{
        init_timer(&timer);
        timer.expires = jiffies + TIMER_INTERVAL;
        timer.function = timer_function;
        timer.data = (unsigned long)&timer;
        add_timer(&timer);
 
        misc_register(&my_misc);
 
        printk(KERN_ALERT "helloworld!\n");
        return 0;
}
 
static __exit void hello_exit(void)
{
        misc_deregister(&my_misc);
        printk(KERN_ALERT "helloworld exit!\n");
}
 
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
 
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Stone");

应用层：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
 
int
main(void)
{
        int fd;
 
        fd = open("/dev/stone", O_RDWR);
        if(fd < 0) {
                perror("open");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
 
        while(1) {
                read(fd, NULL, 0);
                printf("read success!\n");
        }
        close(fd);
        return 0;
}