IO模型

IO模型

 阻塞

 非阻塞

 多路复用

 信号驱动

阻塞机制

1. 使用等待队列去实现阻塞机制

等待队列

1. 头文件: <linux/wait.h>

   或则 #include <linux/sched.h>

2. 等待队列头的定义

wait_queue_head_t q;

struct __wait_queue_head {

    spinlock_t lock;

    struct list_head task_list;

};

typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;

3. 等待队列头的初始化init_waitqueue_head(wait_queue_head_t *q)

参数 q : 等待队列的结构体指针

extern void __init_waitqueue_head(wait_queue_head_t *q, struct lock_class_key *);

#define init_waitqueue_head(q)          \

    do {                                \

    static struct lock_class_key __key; \

                                        \

    __init_waitqueue_head((q), &__key); \

 } while (0)

4. 定义等待队列一个节点

DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk)

5. 把节点添加等待队列头中

void add_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait)

q : 要添加到哪一个等待队列头

wait : 要添加等待队列的节点

6. 把节点从等待队列中移除

void remove_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait)

q : 要从哪一个队列中移除节点

wait : 要移除等待队列的节点

7. 等待事件的发生

wait_event(wq,condition) 

#define wait_event_interruptible(wq, condition) \

wq : 是要去等的等待队列 

condition : a C expression for the event to wait for

如果condition 表达为假 ,wait_event 会进入睡眠 ,等待被唤醒(被wake_up唤醒)

8. 唤醒队列 wake_up(q)

q: 唤醒等待队列 ,等待队列结构体指针

#define wake_up(x) __wake_up(x, TASK_NORMAL, 1, NULL)

IO多路复用

1. 应用程序调用poll和select函数,驱动会调用poll函数

int select(int numfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); 

其中readfds、writefds、exceptfds分别是被select()监视的读、写和异常处理的文件描述符集合，

numfds的值是需要检查的号码最高的文件描述符加1。timeout参数是一个指向struct timeval类型的指针。

2. 驱动中实现poll函数

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

filp : 指向file的结构体指针

wait : 轮训的表,可以监控集合

3. 把要监控的对象加入到等待队列内 poll_wait

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

poll_wait(filp, &dev.rq, wait); /* 把rq添加到等待队列中，该函数不阻塞*/

4. 驱动中poll函数会查寻数组的状态,是否可读

可读: mask |= POLLIN  | POLLRDNORM; /*标示数据可获得*/

可写: mask |= POLLOUT | POLLWRNORM; /*标示数据可写入*/

返回当前的状态 return mask;驱动中poll函数返回,进而应用程序poll或则select返回

信号驱动IO

1. 应用程序要设置信号捕捉(处理)函数

signal(SIGIO, handler);

2. 应用程序要指定进程为文件的属主

 fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());

 这句话的含义是: 把当前进程好的pid获取后赋值给驱动中的驱动中file ->f_owner = pid ,

 这样驱动发送信号是,知道向这个进程发送信号

3. 通过fcntl函数设置让文件可以操作在异步模式下,因为默认文件不能操作在异步模式下

 oflags = fcntl(fd, F_GETFL); //读取文件的属性
 fcntl(fd, F_SETFL, oflags | FASYNC); // 设置文件的属性
在设备文件中添加FASYNC标志，驱动中就会调用hello_fasync函数。

4.在驱动中实现异步机制函数(fasync)

static int hello_fasync(int fd, struct file *filp, int mode)

{

 struct hello_device *dev = filp->private_data;

    /* 设置设备文件支持fasync，即异步通知模式*/

    return fasync_helper(fd, filp, mode, &dev->async_queue);

    // 安装文件fd 和异步队列关联

}

5. 信号机制使用的是异步队列,因此需要创建异步队列

struct fasync_struct *async_queue;

6. 在设备可读时,发送一个可读信号

/* 产生异步读信号 向所属的进程发送一个SIGIO 信号 */

 if (dev->async_queue) // 指针不为空

       kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN);

一个最重要的区别：
1）异步通知是不会造成阻塞的。
2）调用阻塞IO时如果条件不满足，会在驱动函数中的test_read或test_write中阻塞。