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Linux中的阻塞机制

gecimao 发表于 2019-04-30 04:12 | 查看: | 回复:

  我们知道在字符设备驱动中,应用层调用read、write等系统调用终会调到驱动中对应的接口。 可以当应用层调用read要去读硬件的数据时,硬件的数据未准备好,那我们该怎么做?

  一种办法是直接返回并报错,但是这样应用层要获得数据需要不断的调用read去访问硬件,进程的上下文在用户空间和内核空间不停的切换,耗费了CPU的资源,降低了系统效率。那么有没有更好的办法呢? 答案是有的,在这种情况下我们就可以利用Linux的阻塞机制,实现阻塞访问。

  阻塞操作是指在执行设备操作时若不能获得资源则挂起进程,直到满足可操作的条件后再进行操作。被挂起的进程进入休眠状态,被从调度器的运行队列移走,直到等待的条件被满足。而非阻塞操作的进程在不能进行设备操作时并不挂起,它或者放弃,或者不停地查询,直至可以进行操作为止。

  在 Linux 驱动程序中,可以使用等待队列(wait queue)来实现阻塞进程的唤醒。wait queue 很早就作为一个基本的功能单位出现在 Linux 内核里了,它以队列为基础数据结构,与进程调度机制紧密结合,能够用于实现内核中的异步事件通知机制。等待队列可以用来同步对系统资源的访问,信号量在内核中也依赖等待队列来实现。

  希望等待特定事件的进程把自己放进合适的等待队列,并放弃控制权。因此,等待队列是一组睡眠的进程,当某一条件变为真时,由内核唤醒他们。

  等待队列是一个具有头节点的双向循环链表,把所有睡眠的进程连接起来,每个节点元素都有进程相关的信息

  每个等待队列都有一个等待队列头,驱动注意操作等待队列头来实现阻塞的功能,二等待队列项的内容不需要关心,因为等待队列是由中断处理程序和主要内核函数修改的,其双向链表必须进行保护,防止多进程同时进行访问修改,造成不可预知的后果,所以定义了lock来锁住链表操作的区域

  等待队列头结构体的定义:内核使用等待队列头来挂起一个进程,也使用等待队列头来唤醒进程

  而下面的 DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD()宏可以作为定义并初始化等待队列头的“快捷方式”。

  1.用当前的进程描述块(PCB)初始化一个wait_queue描述的等待任务。

  3.判断等待条件是否满足,如果满足,那么将等待任务从队列中移出,退出函数。

  5.当睡眠任务被唤醒之后,需要重复(2)、(3)步骤,如果确认条件满足,退出等待事件函数。

  注:其实可以不用加while,查看内核源码的用法,如果被中断或者信号打断,直接返回错误。

  //当cond条件是false(0)则休眠(超时版,timeout是超时值,单位是计数值)

  注意:唤醒函数当条件满足时,一定要先设置条件condition,再唤醒调用唤醒函数。因为等待睡眠函数返回后会首先检查condition是否满足,若不满足会继续睡

  remove_wait_queue()用于将等待队列 wait 从附属的等待队列头 q 指向的等待队列链表中移除。

  判断等待对列头是否为空,当一个进程访问设备而得不到资源时就会被放入等待队列头指向的等待队列中。

  Sleep()函数相信大家早已耳熟能详了,可是内部究竟是怎么实现的呢?让我们一起来揭开它的面纱

  可以发现,程序之所以能睡眠,是因为他改变了自己的状态,并执行调度,放弃了占用CPU。但是我们要唤醒进程,必须要找到它,怎么找到它呢,关键就在于进程在睡眠前我们把它加入了等待对应,只要找到等待队列我们就能找到挂起的进程并唤醒它。

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