linux 等待队列

#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/system.h>
#include <asm/uaccess.h>

#define GLOBALFIFO_SIZE 0X1000  //全局内存大小
#define MEM_CLEAR 0x1            //清零全局内存
#define GLOBALFIFO_MAJOR   251  //主设备号

static int globalfifo_major = GLOBALFIFO_MAJOR;

//设备结构体
struct globalfifo_dev{
    struct cdev cdev; //cdev 结构体
    unsigned int current_len; //fifo 有效数据长度
    unsigned char mem[GLOBALFIFO_SIZE];
    struct semaphore sem; //并发控制用的信号量，由于要调用copy_from_user这些函数，可能导致阻塞的函数，不能用自旋锁，用信号量
    wait_queue_head_t r_wait; //阻塞读用的等待队列头
    wait_queue_head_t w_wait; //阻塞写用的等待队列头
};

struct globalfifo_dev *globalfifo_devp; //设备结构体指针

//文件打开
int globalfifo_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    struct globalfifo_dev *dev;

    dev = container_of(inode->i_cdev, struct globalfifo_dev, cdev);
    filp->private_data  = globalfifo_devp;    //设备结构体指针赋值给文件私有数据指针
    return 0;
}

//文件释放
int globalfifo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}

//ioctl 设备控制
static int globalfifo_ioctl(struct inode *inodep, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data; //获得设备结构体指针

    switch (cmd){
    case MEM_CLEAR:
        //if(down_interruptible(&dev->sem))//获得信号量  进入睡眠的进程可被信号打断
        //    return -ERESTARTSYS;

        memset(dev->mem, 0, GLOBALFIFO_SIZE);
        printk(KERN_INFO "globalfifo is set to zero\n");

        //up(&dev->sem);//释放信号量
        break;
    default:
        return -EINVAL;
    }
    return 0;
}

//read
static ssize_t globalfifo_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
    unsigned long p     = *ppos;
    unsigned int count     = size;
    int ret                =  0;

    struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data; //获得设备结构体指针
    DECLARE_WAITQUEUE(wait, current);//定义等待队列
    
    down(&dev->sem);// 获得信号量  进入睡眠的进程不可被信号打断
    add_wait_queue(&dev->r_wait, &wait);//进入读等待队列头

    //等待FIFO非空
    while(dev->current_len ==0){
        if(filp->f_flags & O_NONBLOCK){
            ret = -EAGAIN;
            goto out;
        }
        __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为睡眠
        up(&dev->sem);
    
        schedule();//调度其它进程执行
        if(signal_pending(current)){// 如果是因为信号唤醒
            ret = -ERESTARTSYS;
            goto out2;
        }
        down(&dev->sem);
    }

    //内核空间－＞用户空间
    if(count > dev->current_len){
        count = dev->current_len;    
    }

    if(copy_to_user(buf, (void*)(dev->mem + p), count)){
        ret = -EFAULT;
        goto out;
    }else{
        memcpy(dev->mem, dev->mem + count, dev->current_len - count); //fifo 数据前移
        dev->current_len -= count; //有效数据长度减少
        printk(KERN_INFO "read %d bytes(s), current_len:%d \n", count, dev->current_len);

        wake_up_interruptible(&dev->w_wait);// 唤醒写等待队列
        ret    = count;
    }
out:    up(&dev->sem);//释放信号量
out2:   remove_wait_queue(&dev->w_wait,&wait); //移除等待队列
    set_current_state(TASK_RUNNING);

    return ret;
}

//写函数
static ssize_t globalfifo_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
    unsigned int count     = size;
    int ret            = 0;

    struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data; //获得设备结构体指针
    DECLARE_WAITQUEUE(wait, current);//定义等待队列
    
    down(&dev->sem);// 获得信号量  进入睡眠的进程不可被信号打断
    add_wait_queue(&dev->w_wait, &wait);//进入读等待队列头    

    //等待FIFO非空
    while(dev->current_len == GLOBALFIFO_SIZE){
        if(filp->f_flags & O_NONBLOCK){
            ret = -EAGAIN;
            goto out;
        }
        __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为睡眠
        up(&dev->sem);
    
        schedule();//调度其它进程执行
        if(signal_pending(current)){// 如果是因为信号唤醒
            ret = -ERESTARTSYS;
            goto out2;
        }
        down(&dev->sem);
    }

    //分析和获取有效写长度
    //if( p >= globalfifo_SIZE)
    //    return 0;
    //if(count > globalfifo_SIZE - p)
    //    count = globalfifo_SIZE - p;
    //if(down_interruptible(&dev->sem))//获得信号量  进入睡眠的进程可被信号打断
    //    return -ERESTARTSYS;

    //用户空间 －＞ 内核空间
    if(count > GLOBALFIFO_SIZE - dev->current_len){
        count = GLOBALFIFO_SIZE - dev->current_len;    
    }

    if(copy_from_user(dev->mem + dev->current_len, buf, count)){
        ret = -EFAULT;
        goto out;
    }else{
        dev->current_len += count;
        printk(KERN_INFO "read %d bytes(s), current_len:%d \n", count, dev->current_len);
        wake_up_interruptible(&dev->r_wait); //唤醒读等待队列
        ret       = count;
    }

out:    up(&dev->sem);//释放信号量
out2:    remove_wait_queue(&dev->r_wait, &wait);
    set_current_state(TASK_RUNNING);
    return ret;
}

//seek 文件定位
static loff_t globalfifo_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int orig)
{
    loff_t ret = 0;

    switch(orig){
    case 0://相对文件开始位置偏移
        if(offset < 0){
            ret = -EINVAL;
            break;
        }
        if((unsigned int)offset > GLOBALFIFO_MAJOR){
            ret = -EINVAL;
            break;
        }
    case 1://相对文件当前位置偏移
        if((filp->f_pos + offset) > GLOBALFIFO_MAJOR){
            ret = -EINVAL;
            break;
        }
        if((filp->f_pos + offset) < 0){
            ret = -EINVAL;
            break;
        }
        filp->f_pos += offset;
        ret         =  filp->f_pos;
        break;
    default:
        ret = -EINVAL;
        break;
    }
    return ret;
}

//文件操作结构体
static const struct file_operations globalfifo_fops = {
        .owner         = THIS_MODULE,
        .llseek     = globalfifo_llseek,
        .read         = globalfifo_read,
        .write        = globalfifo_write,
        .ioctl         = globalfifo_ioctl,
        .open          = globalfifo_open,
        .release     = globalfifo_release,
};

//　初始化并注册cdev
static void globalfifo_setup_cdev(struct globalfifo_dev *dev, int index)
{
    int err, devno = MKDEV(globalfifo_major, index);

    cdev_init(&dev->cdev, &globalfifo_fops);
    dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
    err = cdev_add(&dev->cdev, devno, 1);
    if(err)
        printk(KERN_NOTICE "error %d adding globalfifo %d", err , index);
}

//设备加载
int globalfifo_init()
{
    int result ;
    dev_t devno = MKDEV(globalfifo_major, 0);

    //申请设备号
    if(globalfifo_major)
        result = register_chrdev_region(devno, 1, "globalfifo");
    else{ // 动态分配
        result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "globalfifo");
        globalfifo_major = MAJOR(devno);
    }
    if(result <0)
        return result;

    //动态申请设备结构体的内体
    globalfifo_devp = kmalloc(sizeof(struct globalfifo_dev), GFP_KERNEL);
    if(!globalfifo_devp){//申请失败
        result = -ENOMEM;
        goto fail_malloc;
    }

    memset(globalfifo_devp, 0, sizeof(struct globalfifo_dev));

    globalfifo_setup_cdev(globalfifo_devp, 0);
    //globalfifo_setup_cdev(&globalfifo_devp[1], 1);

    init_MUTEX(&globalfifo_devp->sem); //初始化信号量，
    init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->r_wait);//初始化读等待队列头    
    init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->w_wait);//初始化写等待队列头    

    return 0;

fail_malloc:
    unregister_chrdev_region(devno, 1);
    return result;
}

//模块卸载函数
void globalfifo_exit()
{
    cdev_del(&globalfifo_devp->cdev); // 注销cdev
    //cdev_del(&(globalfifo_devp[1]->cdev)); // 注销cdev
    kfree(globalfifo_devp); // 释放设备结构体内存
    unregister_chrdev_region(MKDEV(globalfifo_major, 0), 1); //释放设备号
}

MODULE_AUTHOR("lunge");
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

module_param(globalfifo_major, int, S_IRUGO);//模块参数   insmod xxx.ko globalfifo_major= 1000
module_init(globalfifo_init);
module_exit(globalfifo_exit);