Linux驱动编程 step-by-step （八） 阻塞型字符设备驱动

阻塞型字符设备驱动

前面说到了 如何实现read write 等操作，但如果设备缓冲已满，现在想而用户此时又想写入设备，此请求就无法立即执行，那怎么办呢？
第一种情况是：驱动程序想用户返回请求失败的信息。
第二种情况是：使调用进程阻塞等待设备可以被操作。

而用户更希望自己选择在请求无法满足时候如何操作，所以在用户空间有了O_NONBLOCK标志
在打开设备的时候如果用户指定了此标志（会保存到filp->f_flags中），表示用户希望以非阻塞的形式打开设备，读写时如果设备不能满足要求，则返回错误码（-EAGAIN）.
如果用户不指定此标志位，则默认是阻塞型打开，在设备不能满足请求时候需要就阻塞直到设备可以被操作。

休眠的介绍

进程被阻塞即意味着释放CPU,直到另一个进程修改了某个状态，使调度器再次去调度他，所以进程休眠后不知道自己在休眠期间做了什么事情，所以在被唤醒之后还需要检查当前状态，看等待的条件是否为真
在linux中等待队列通过等待队列头来管理，（wait_queue_head_t）
初始化队列头

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1. init_waitqueue_head(wait_queue_head_t * queue);  

还有一种简单的方式去初始化队列头（静态初始化）

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1. DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name)  

它会将name 定义为一个 struct wait_queue_head_t 结构，并初始化

使进程休眠

让一个进程进入睡眠，在醒来时进程仍需要检测一个条件是否为真，正如上边提到的一样

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1. #define wait_event(wq, condition)   
2. #define wait_event_timeout(wq, condition, timeout)  
3. #define wait_event_interruptible(wq, condition)  
4. #define wait_event_interruptible_timeout(wq, condition, timeout)  

wq: 指对应的等待队列头

condition 表示检测的的条件，在condition为真时，睡眠终止。

含有 interruptible 的函数 表示睡眠可以被信号中断，当睡眠被信号中断事，函数返回负值（-ERESTARTSYS）

含有timeout 的函数 timeout 参数表示最长的等待时间，

进程唤醒

有睡眠就有唤醒

在其他进程操作了设备 使等待进程的 等待条件（condition）为真，则需要在此进程中唤醒睡眠的进程

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1. #define wake_up(x)          __wake_up(x, TASK_NORMAL, 1, NULL)  
2. #define wake_up_all(x)          __wake_up(x, TASK_NORMAL, 0, NULL)   
3. #define wake_up_interruptible(x)    __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)  
4. #define wake_up_interruptible_nr(x, nr) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, nr, NULL)  
5. #define wake_up_interruptible_all(x)    __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 0, NULL)  

wake_up 会首先唤醒队列上1个独占等待的进程（下边有简单的解释），如果没有则去唤醒其他所有的进程

wake_up_all 唤醒等待队列上的所有进程，不管独占 还是 非独占

wake_up_interruptible跟wake_up 类似， 不过他只会唤醒 队列中可中断的睡眠进程

wake_up_interruptible_all 会唤醒等待队列上的所有可中断睡眠，

wake_up_interruptible_nr 回唤醒等待队列上的nr个独占进程独占等待进程 ： 因为在一个睡眠队列上，睡眠的进程可能会有很多，而每次唤醒之后只有一个进程唤醒执行，其他进程继续在等待队列上睡眠，这就导致了有些=重要的进程迟迟不呢个得到调用，为改善这个情况，有了独占进程的概念， 在睡眠时候我们可以指定一个参数WQ_FLAG_EXCLUSEVE标志会加到队列的尾部（不加此标志则默认加到队列头部）， 在调用wake_up_xx 对应的函数时候会首先唤醒这些进程。

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1. while(dev->datawr == dev->datard)  
2. {  
3.         
4.       while(dev->datard == dev->datawr) //循环检测等待条件是否真正的满足  
5.       {  
6.           up(&dev->semp)  
7.           if(filp->f_flags & O_NONBLOCK) //判断是否是非阻塞打开  
8.           {  
9.                 return -EAGAIN;  
10.           }  
11.           D("[%s] reading going to sleep!", current->comm);  
12.       
13.           if(wait_event_interruptible(dev->rdque, dev->datard != dev->datawr)) //使当前进程睡眠在读睡眠队列  
14.           {  
15.                 return -ERESTARTSYS;  
16.           }  
17.           D("waked up %d\n", __LINE__);  
18.       
19.           ...  
20.       
21.           if(down_interruptible(&dev->semp) < 0)//获取锁  
22.           {  
23.                 printk(KERN_ERR "[%s]get the mutex lock error %d, %s",  
24.                                  current->comm, __LINE__, __func__);  
25.                 return -ERESTARTSYS;  
26.            }  
27.            else  
28.            {  
29.                 D("have get the mutex %d\n", __LINE__);  
30.            }  
31.          }  
32.            
33.          /*read data*/  
34.          wake_up_interruptible(dev->wrque)//读出数据 唤醒写睡眠队列上的进程  
35. }  

poll 函数实现

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1. unsigned int (*poll) (struct file *filp, struct poll_table_struct *wait);  

在系统编程时候我们经常会只用到poll 或者 select函数去监听某个文件描述符是否可写或者可读等
这些系统调用都是通过poll函数驱动实现
当调用此函数时候内核会分配一个 poll_table_struct 结构，我们 多需要的动作有两步
1、在等待队列上调用poll_wait

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1. static inline void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p)  

2、返回一个描述设备可读可写的掩码

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1. #define POLLIN      0x0001 //设备可读  
2. #define POLLPRI     0x0002 //无阻塞读取高优先级数据  
3. #define POLLOUT     0x0004 //设备可写入  
4. #define POLLERR     0x0008 //设备发生错误  
5. #define POLLHUP     0x0010 //设备挂起  
6. #define POLLRDNORM      0x0040 //normal data is ready now  
7. #define POLLWRNORM  0x0100 //normal data can be writen to device  

example:

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1. static int simple_poll(struct file *filp, struct poll_table_struct *wait)  
2. {  
3.     struct simple_dev *dev = filp->private_data;  
4.     unsigned int mask = 0;  
5.     char *next_ptr;  
6.   
7.     if(down_interruptible(&dev->semp))  
8.     {  
9.         printk(KERN_ERR "get the semphore err %d \n",__LINE__);  
10.         return -ERESTARTSYS;  
11.     }  
12.   
13.     D("have get the semphore %d\n", __LINE__);  
14.   
15.     poll_wait(filp, &dev->inq, wait);  
16.     poll_wait(filp, &dev->outq, wait);  
17.   
18.     if(dev->datard != dev->datawr)  
19.     {  
20.         mask |= POLLIN | POLLRDNORM;   //can be read  
21.     }  
22.       
23.     if(dev->datawr+1 == dev->dataend)  
24.         next_ptr = dev->data;  
25.     else  
26.         next_ptr = dev->datawr+1;  
27.       
28.     if(next_ptr != dev->datard)  
29.     {  
30.         mask |= POLLOUT | POLLWRNORM; //can be write  
31.     }  
32.   
33.     up(&dev->semp);  
34.     return mask;  
35. }  

下一节 会以一个驱动程序 模拟管道 结束基于内存的模拟字符设备驱动程序 ，  同时介绍 驱动测试的相关东东