電子發(fā)燒友App
1. 介紹
當編寫Linux驅動程序、模塊或內核程序時，一些進程會等待或休眠一些事件。Linux中有幾種處理睡眠和醒來的方法，每種方法對應不同的需求，而wait queue便是其中一種。
每當進程必須等待一個事件（例如數(shù)據(jù)的到達或進程的終止）時，它都應該進入睡眠狀態(tài)。睡眠會導致進程暫停執(zhí)行，從而釋放處理器以供其他用途。一段時間后，該過程將被喚醒，并在我們等待的事件到達時繼續(xù)其工作。
等待隊列是內核提供的一種機制，用于實現(xiàn)等待。顧名思義，wait queue是等待事件的進程列表。換句話說，當某個條件成立時，等待隊列用于等待有人叫醒你。它們必須小心使用，以確保沒有競爭條件的存在。
實現(xiàn)wait queue的步驟如下：
初始化等待隊列
排隊（將任務置于睡眠狀態(tài)，直到事件發(fā)生）
喚醒排隊的任務
以下逐步介紹每個步驟的實現(xiàn)方式。
2. 初始化等待隊列
若使用wait queue功能，需要包含/linux/wait.h頭文件?？苫趧討B(tài)和靜態(tài)兩種方式實現(xiàn)等待隊列的初始化。
靜態(tài)方式：
?
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wq);
?
其中，wq是要將任務置于睡眠狀態(tài)的隊列的名稱。
動態(tài)方式：
?
wait_queue_head_t?wq; init_waitqueue_head?(&wq);
?
除了創(chuàng)建等待隊列的方式不同之外，其他操作對于靜態(tài)和動態(tài)方法都是相同的。
3. 排隊
一旦聲明并初始化了等待隊列，進程就可以使用它進入睡眠狀態(tài)。有幾個宏可用于不同的用途。我們將逐一說明。
wait_event
wait_event_timeout
wait_event_cmd
wait_event_interruptible
wait_event_interruptible_timeout
wait_event_killable
每當我們使用上面的宏時，它會將該任務添加到我們創(chuàng)建的等待隊列中。然后它會等待事件。
wait_event
進程進入休眠狀態(tài)(TASK_UNINTERUPTIBLE)，直到條件評估為true。每次喚醒等待隊列wq時，都會檢查該條件。
?
/*?wq?–?等待隊列 ?*?condition?-?要等待的C表達式的事件? ?*/ wait_event(wq,?condition);
?
wait_event_timeout
進程進入休眠狀態(tài)(TASK_UNINTERUPTIBLE)，直到條件評估為true或超時。每次喚醒等待隊列wq時，都會檢查該條件。
如果超時后條件評估為false，則返回0；如果超時后情況評估為true，則返回1；如果超時前情況評估為true，則返回剩余的jiffies（至少1）。
?
/*?wq?–?等待隊列 ?*?condition?-?要等待的C表達式的事件? ?*?timeout?–??超時時間，單位jiffies? ?*/ wait_event_timeout(wq,?condition,?timeout);
?
wait_event_cmd
進程進入休眠狀態(tài)(TASK_UNINTERUPTIBLE)，直到條件評估為true。每次喚醒等待隊列wq時，都會檢查該條件。
?
/*?wq?–?等待隊列 ?*?condition?-?要等待的C表達式的事件? ?*?cmd1–該命令將在睡眠前執(zhí)行 ?*?cmd2–該命令將在睡眠后執(zhí)行 ?*/ wait_event_cmd(wq,?condition,?cmd1,?cmd2);
?
wait_event_interruptible
進程進入休眠狀態(tài)(TASK_INTERRUPTIBLE)，直到條件評估為真或接收到信號。每次喚醒等待隊列wq時，都會檢查該條件。
如果被信號中斷，函數(shù)將返回-ERESTARTSYS，如果條件評估為true，則返回0。
?
/*?wq?–?等待隊列 ?*?condition?-?要等待的C表達式的事件? ?*/ wait_event_interruptible(wq,?condition);
?
wait_event_interruptible_timeout
進程進入休眠狀態(tài)(TASK_INTERRUPTIBLE)，直到條件評估為真或接收到信號或超時。每次喚醒等待隊列wq時，都會檢查該條件。
如果超時后條件評估為false，則返回0；如果超時后情況評估為true，則返回1；如果超時前情況評估為true，則返回剩余的jiffies（至少1）；如果被信號中斷，則返回-ERESTARTSYS。
?
/*?wq?–?等待隊列 ?*?condition?-?要等待的C表達式的事件? ?*?timeout?–??超時時間，單位jiffies? ?*/ wait_event_interruptible_timeout(wq,?condition,?timeout);
?
wait_event_killable
進程進入休眠狀態(tài)（TASK_KILLABLE），直到條件評估為真或收到信號。每次喚醒等待隊列wq時，都會檢查該條件。
如果被信號中斷，函數(shù)將返回-ERESTARTSYS，如果條件評估為true，則返回0。
?
/*?wq?–?等待隊列 ?*?condition?-?要等待的C表達式的事件? ?*/ wait_event_killable(wq,?condition);
?
4. 喚醒排隊的任務
當一些任務由于等待隊列而處于睡眠模式時，我們可以使用下面的函數(shù)來喚醒這些任務。
wake_up
wake_up_all
wake_up_interruptible
wake_up_sync and wake_up_interruptible_sync
通常，調用wake_up會立即觸發(fā)重新調度，這意味著在wake_up返回之前可能會運行其他進程?！巴健弊凅w使任何喚醒的進程都可以運行，但不會重新調度CPU。這用于避免在已知當前進程進入睡眠狀態(tài)時重新調度，從而強制重新調度。注意，被喚醒的進程可以立即在不同的處理器上運行，因此不應期望這些函數(shù)提供互斥
5. 實踐
我們在兩個地方發(fā)送了一個wake_up。一個來自讀取功能，另一個來自驅動退出。
首先創(chuàng)建了一個線程（wait_function）。該線程將始終等待該事件。它會一直睡到接到喚醒事件。當它得到wake_up調用時，它將檢查條件。如果條件為1，則喚醒來自讀取功能。如果是2，則喚醒來自退出功能。如果wake_up來自讀取功能，它將打印讀取計數(shù)，并再次等待。如果它來自exit函數(shù)，那么它將從線程中退出。
靜態(tài)創(chuàng)建wait queue
?
/***************************************************************************//** *??file???????driver.c * *??details????Simple?linux?driver?(Waitqueue?Static?method) * *??author?????xxx *******************************************************************************/ #include?#include? #include? #include? #include? #include? #include? #include? ?????????????????//kmalloc() #include? ??????????????//copy_to/from_user() #include? #include? ?????????????????//?Required?for?the?wait?queues #include? ? ? uint32_t?read_count?=?0; static?struct?task_struct?*wait_thread; ? DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wait_queue_etx); ? dev_t?dev?=?0; static?struct?class?*dev_class; static?struct?cdev?etx_cdev; int?wait_queue_flag?=?0; /* **?Function?Prototypes */ static?int??????__init?etx_driver_init(void); static?void?????__exit?etx_driver_exit(void); ? /***************?Driver?functions?**********************/ static?int??????etx_open(struct?inode?*inode,?struct?file?*file); static?int??????etx_release(struct?inode?*inode,?struct?file?*file); static?ssize_t??etx_read(struct?file?*filp,?char?__user?*buf,?size_t?len,loff_t?*?off); static?ssize_t??etx_write(struct?file?*filp,?const?char?*buf,?size_t?len,?loff_t?*?off); /* **?File?operation?sturcture */ static?struct?file_operations?fops?= { ????????.owner??????????=?THIS_MODULE, ????????.read???????????=?etx_read, ????????.write??????????=?etx_write, ????????.open???????????=?etx_open, ????????.release????????=?etx_release, }; /* **?Thread?function */ static?int?wait_function(void?*unused) { ???????? ????????while(1)?{ ????????????????pr_info("Waiting?For?Event... "); ????????????????wait_event_interruptible(wait_queue_etx,?wait_queue_flag?!=?0?); ????????????????if(wait_queue_flag?==?2)?{ ????????????????????????pr_info("Event?Came?From?Exit?Function "); ????????????????????????return?0; ????????????????} ????????????????pr_info("Event?Came?From?Read?Function?-?%d ",?++read_count); ????????????????wait_queue_flag?=?0; ????????} ????????do_exit(0); ????????return?0; } /* **?This?function?will?be?called?when?we?open?the?Device?file */ static?int?etx_open(struct?inode?*inode,?struct?file?*file) { ????????pr_info("Device?File?Opened...!!! "); ????????return?0; } /* **?This?function?will?be?called?when?we?close?the?Device?file */ static?int?etx_release(struct?inode?*inode,?struct?file?*file) { ????????pr_info("Device?File?Closed...!!! "); ????????return?0; } /* **?This?function?will?be?called?when?we?read?the?Device?file */ static?ssize_t?etx_read(struct?file?*filp,?char?__user?*buf,?size_t?len,?loff_t?*off) { ????????pr_info("Read?Function "); ????????wait_queue_flag?=?1; ????????wake_up_interruptible(&wait_queue_etx); ????????return?0; } /* **?This?function?will?be?called?when?we?write?the?Device?file */ static?ssize_t?etx_write(struct?file?*filp,?const?char?__user?*buf,?size_t?len,?loff_t?*off) { ????????pr_info("Write?function "); ????????return?len; } ? /* **?Module?Init?function */ static?int?__init?etx_driver_init(void) { ????????/*Allocating?Major?number*/ ????????if((alloc_chrdev_region(&dev,?0,?1,?"etx_Dev"))?<0){ ????????????????pr_info("Cannot?allocate?major?number "); ????????????????return?-1; ????????} ????????pr_info("Major?=?%d?Minor?=?%d? ",MAJOR(dev),?MINOR(dev)); ? ????????/*Creating?cdev?structure*/ ????????cdev_init(&etx_cdev,&fops); ????????etx_cdev.owner?=?THIS_MODULE; ????????etx_cdev.ops?=?&fops; ? ????????/*Adding?character?device?to?the?system*/ ????????if((cdev_add(&etx_cdev,dev,1))? ?
動態(tài)創(chuàng)建wait queue
?
/****************************************************************************//** *??file???????driver.c * *??details????Simple?linux?driver?(Waitqueue?Dynamic?method) * *??author?????xxx *******************************************************************************/ #include?#include? #include? #include? #include? #include? #include? #include? ?????????????????//kmalloc() #include? ??????????????//copy_to/from_user() #include? #include? ?????????????????//?Required?for?the?wait?queues #include? ? ? uint32_t?read_count?=?0; static?struct?task_struct?*wait_thread; ? dev_t?dev?=?0; static?struct?class?*dev_class; static?struct?cdev?etx_cdev; wait_queue_head_t?wait_queue_etx; int?wait_queue_flag?=?0; ? /* **?Function?Prototypes */ static?int??????__init?etx_driver_init(void); static?void?????__exit?etx_driver_exit(void); ? /***************?Driver?functions?**********************/ static?int??????etx_open(struct?inode?*inode,?struct?file?*file); static?int??????etx_release(struct?inode?*inode,?struct?file?*file); static?ssize_t??etx_read(struct?file?*filp,?char?__user?*buf,?size_t?len,loff_t?*?off); static?ssize_t??etx_write(struct?file?*filp,?const?char?*buf,?size_t?len,?loff_t?*?off); /* **?File?operation?sturcture */ static?struct?file_operations?fops?= { ????????.owner??????????=?THIS_MODULE, ????????.read???????????=?etx_read, ????????.write??????????=?etx_write, ????????.open???????????=?etx_open, ????????.release????????=?etx_release, }; ? /* **?Thread?function */ static?int?wait_function(void?*unused) { ???????? ????????while(1)?{ ????????????????pr_info("Waiting?For?Event... "); ????????????????wait_event_interruptible(wait_queue_etx,?wait_queue_flag?!=?0?); ????????????????if(wait_queue_flag?==?2)?{ ????????????????????????pr_info("Event?Came?From?Exit?Function "); ????????????????????????return?0; ????????????????} ????????????????pr_info("Event?Came?From?Read?Function?-?%d ",?++read_count); ????????????????wait_queue_flag?=?0; ????????} ????????return?0; } ? /* **?This?function?will?be?called?when?we?open?the?Device?file */? static?int?etx_open(struct?inode?*inode,?struct?file?*file) { ????????pr_info("Device?File?Opened...!!! "); ????????return?0; } /* **?This?function?will?be?called?when?we?close?the?Device?file */ static?int?etx_release(struct?inode?*inode,?struct?file?*file) { ????????pr_info("Device?File?Closed...!!! "); ????????return?0; } /* **?This?function?will?be?called?when?we?read?the?Device?file */ static?ssize_t?etx_read(struct?file?*filp,?char?__user?*buf,?size_t?len,?loff_t?*off) { ????????pr_info("Read?Function "); ????????wait_queue_flag?=?1; ????????wake_up_interruptible(&wait_queue_etx); ????????return?0; } /* **?This?function?will?be?called?when?we?write?the?Device?file */ static?ssize_t?etx_write(struct?file?*filp,?const?char?__user?*buf,?size_t?len,?loff_t?*off) { ????????pr_info("Write?function "); ????????return?len; } /* **?Module?Init?function */ static?int?__init?etx_driver_init(void) { ????????/*Allocating?Major?number*/ ????????if((alloc_chrdev_region(&dev,?0,?1,?"etx_Dev"))?<0){ ????????????????pr_info("Cannot?allocate?major?number "); ????????????????return?-1; ????????} ????????pr_info("Major?=?%d?Minor?=?%d? ",MAJOR(dev),?MINOR(dev)); ? ????????/*Creating?cdev?structure*/ ????????cdev_init(&etx_cdev,&fops); ? ????????/*Adding?character?device?to?the?system*/ ????????if((cdev_add(&etx_cdev,dev,1))? ?
MakeFile
?
obj-m?+=?driver.o KDIR?=?/lib/modules/$(shell?uname?-r)/build all: ????make?-C?$(KDIR)??M=$(shell?pwd)?modules clean: ????make?-C?$(KDIR)??M=$(shell?pwd)?clean?
編譯和測試
使用Makefile（sudo make）構建驅動程序
使用sudo insmod driver.ko加載驅動程序
然后檢查dmesg
?
Major?=?246?Minor?=?0 Thread?Created?successfully Device?Driver?Insert...Done!!! Waiting?For?Event...?
因此，該線程正在等待該事件?，F(xiàn)在，我們將通過使用sudo cat/dev/etx_device讀取驅動程序來發(fā)送事件
現(xiàn)在檢查dmesg
?
Device?File?Opened...!!! Read?Function Event?Came?From?Read?Function?-?1 Waiting?For?Event... Device?File?Closed...!!!?
我們從讀取功能發(fā)送喚醒，因此它將打印讀取計數(shù)，然后再次休眠。現(xiàn)在通過sudo rmmod驅動程序從退出功能發(fā)送事件
?
Event?Came?From?Exit?Function Device?Driver?Remove...Done!!!?
現(xiàn)在條件是2。因此，它將從線程返回并刪除驅動程序。
?
審核編輯：湯梓紅
工商網(wǎng)監(jiān)
評論