Linux内核同步机制之completion

来源:互联网 发布:网络敏感词库 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 02:38

内核编程中常见的一种模式是,在当前线程之外初始化某个活动,然后等待该活动的结束。这个活动可能是,创建一个新的内核线程或者新的用户空间进程、对一个 已有进程的某个请求,或者某种类型的硬件动作,等等。在这种情况下,我们可以使用信号量来同步这两个

 

内核编程中常见的一种模式是,在当前线程之外初始化某个活动,然后等待该活动的结束。这个活动可能是,创建一个新的内核线程或者新的用户空间进程、对一个 已有进程的某个请求,或者某种类型的硬件动作,等等。在这种情况下,我们可以使用信号量来同步这两个任务。然而,内核中提供了另外一种机制 --completion接口。Completion是一种轻量级的机制,他允许一个线程告诉另一个线程某个工作已经完成。
   
    结构与初始化
   
    Completion在内核中的实现基于等待队列(关于等待队列理论知识在前面的文章中有介绍),completion结构很简单:
   
    struct completion {
        unsigned int done;/*用于同步的原子量*/
        wait_queue_head_t wait;/*等待事件队列*/
    };
   
    和信号量一样,初始化分为静态初始化和动态初始化两种情况:
   
    静态初始化:
    #define COMPLETION_INITIALIZER(work) \
            { 0, __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER((work)。wait) }
   
    #define DECLARE_COMPLETION(work) \
            struct completion work = COMPLETION_INITIALIZER(work)
   
    动态初始化:
    static inline void init_completion(struct completion *x)
    {
         x->done = 0;
        init_waitqueue_head(&x->wait);
    }
   
    可见,两种初始化都将用于同步的done原子量置位了0,后面我们会看到,该变量在wait相关函数中减一,在complete系列函数中加一。
   
    实现
    同步函数一般都成对出现,completion也不例外,我们看看最基本的两个complete和wait_for_completion函数的实现。
    wait_for_completion最终由下面函数实现:
    static inline long __sched
    do_wait_for_common(struct completion *x, long timeout, int state)
    {
        if (!x->done){
        DECLARE_WAITQUEUE(wait, current);
        wait.flags |= WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
        __add_wait_queue_tail(&x->wait, &wait);
        do {
            if (signal_pending_state(state, current)) {
                timeout = -ERESTARTSYS;
                break;
                }
   
            __set_current_state(state);
            spin_unlock_irq(&x->wait.lock);
            timeout = schedule_timeout(timeout);
            spin_lock_irq(&x->wait.lock);
            } while (!x->done && timeout);
   
        __remove_wait_queue(&x->wait, &wait);
   
        if (!x->done)
            return timeout;
        }
   
        x->done--;
   
        return timeout ?: 1;
   }
   
    而complete实现如下:
    void complete(struct completion *x)
    {
        unsigned long flags;
        spin_lock_irqsave(&x->wait.lock, flags);
        x->done++;
        __wake_up_common(&x->wait, TASK_NORMAL, 1, 0, NULL);
        spin_unlock_irqrestore(&x->wait.lock, flags);
    }
   
    不看内核实现的源代码我们也能想到他的实现,不外乎在wait函数中循环等待done变为可用(正),而另一边的complete函数为唤醒函数,当然是将done加一,唤醒待处理的函数。是的,从上面的代码看到,和我们想的一样。内核也是这样做的。
   
    运用
    运用LDD3中的例子:
   
    #include <linux/module.h>
    #include <linux/init.h>
    #include <linux/sched.h>
    #include <linux/kernel.h>
    #include <linux/fs.h>
    #include <linux/types.h>
    #include <linux/completion.h>

   

    MODULE_LICENSE(“GPL”);
   
    static int complete_major=250;
    DECLARE_COMPLETION(comp);
   
    ssize_t complete_read(struct file *filp,char __user *buf,size_t count,loff_t *pos)
    {
        printk(KERN_ERR “process %i (%s) going to sleep\n”,current->pid,current->comm);
        wait_for_completion(&comp);
        printk(KERN_ERR “awoken %i (%s)\n”,current->pid,current->comm);
        return 0;
    }
   
    ssize_t complete_write(struct file *filp,const char __user *buf,size_t count,loff_t *pos)
    {
        printk(KERN_ERR “process %i (%s) awakening the readers…\n”,current->pid,current->comm);
        complete(&comp);
        return count;
    }
   
    struct file_operations complete_fops={
        .owner=THIS_MODULE,
         .read=complete_read,
         .write=complete_write,
    };
   
    int complete_init(void)
    {
        int result;
        result=register_chrdev(complete_major,“complete”,&complete_fops);
        if(result<0)
            return result;
        if(complete_major==0)
            complete_major=result;
        return 0;
    }
   
    void complete_cleanup(void)
    {
        unregister_chrdev(complete_major,“complete”);
    }
   
    module_init(complete_init);
    module_exit(complete_cleanup);
   
    测试步骤:
   
    1、mknod /dev/complete创建complete节点,在linux上驱动程序需要手动创建文件节点。
    2、insmod complete.ko 插入驱动模块,这里要注意的是,因为我们的代码中是手动分配的设备号,很可能被系统已经使用了,所以如果出现这种情况,查看/proc/devices文件。找一个没有被使用的设备号。
    3、cat /dev/complete 用于读该设备,调用设备的读函数
    4、打开另一个终端输入 echo “hello” > /dev/complete 该命令用于写入该设备。

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