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阻塞操作是指，在执行设备操作时，若不能获得资源，则进程挂起直到满足可操作的条件再进行操作。非阻塞
操作的进程在不能进行设备操作时，并不挂起。被挂起的进程进入sleep 状态，被从调度器的运行队列移走，
直到等待的条件被满足。
在Linux 驱动程序中，我们可以使用等待队列（wait queue）来实现阻塞操作。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
核心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，上节中所讲述Linux 信号量在内核中也
是由等待队列来实现的。
下面我们重新定义设备“globalvar”，它可以被多个进程打开，但是每次只有当一个进程写入了一个数据之后本
进程或其它进程才可以读取该数据，否则一直阻塞。
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/wait.h>
#include <asm/semaphore.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
#define MAJOR_NUM 254
static ssize_t globalvar_read(struct file *, char *, size_t, loff_t*);
static ssize_t globalvar_write(struct file *, const char *, size_t, loff_t*);
struct file_operations globalvar_fops =
{
read: globalvar_read, write: globalvar_write,
};
static int global_var = 0;
static struct semaphore sem;
static wait_queue_head_t outq;
static int flag = 0;
static int __init globalvar_init(void)
{
int ret;
ret = register_chrdev(MAJOR_NUM, "globalvar", &globalvar_fops);
if (ret)
{
printk("globalvar register failure");
}
else
{
printk("globalvar register success");
init_MUTEX(&sem);
init_waitqueue_head(&outq);
}
return ret;
}
static void __exit globalvar_exit(void)
{
int ret;
ret = unregister_chrdev(MAJOR_NUM, "globalvar");
if (ret)
{
printk("globalvar unregister failure");
}
else
{
printk("globalvar unregister success");
}
}
static ssize_t globalvar_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t*off)
{
//等待数据可获得
if (wait_event_interruptible(outq, flag != 0))
{
return - ERESTARTSYS;
}
if (down_interruptible(&sem))
{
return - ERESTARTSYS;
}
flag = 0;
if (copy_to_user(buf, &global_var, sizeof(int)))
{
up(&sem);
return - EFAULT;
}
up(&sem);
return sizeof(int);
}
static ssize_t globalvar_write(struct file *filp, const char *buf, size_t len,loff_t *off)
{
if (down_interruptible(&sem))
{
return - ERESTARTSYS;
}
if (copy_from_user(&global_var, buf, sizeof(int)))
{
up(&sem);
return - EFAULT;
}
up(&sem);
flag = 1;
//通知数据可获得
wake_up_interruptible(&outq);
return sizeof(int);
}
module_init(globalvar_init);
module_exit(globalvar_exit);
编写两个用户态的程序来测试，第一个用于阻塞地读/dev/globalvar，另一个用于写/dev/globalvar。只有当
后一个对/dev/globalvar 进行了输入之后，前者的read 才能返回。
读的程序为：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
main()
{
int fd, num;
fd = open("/dev/globalvar", O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR);
if (fd != - 1)
{
while (1)
{
read(fd, &num, sizeof(int)); //程序将阻塞在此语句，除非有针对globalvar 的输入
printf("The globalvar is %d\n", num);
//如果输入是0，则退出
if (num == 0)
{
close(fd);
break;
}
}
}
else
{
printf("device open failure\n");
}
}
写的程序为：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
main()
{
int fd, num;
fd = open("/dev/globalvar", O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR);
if (fd != - 1)
{
while (1)
{
printf("Please input the globalvar:\n");
scanf("%d", &num);
write(fd, &num, sizeof(int));
//如果输入0，退出
if (num == 0)
{
close(fd);
break;
}
}
}
else
{
printf("device open failure\n");
}
}
打开两个终端，分别运行上述两个应用程序，发现当在第二个终端中没有输入数据时，第一个终端没有输出（阻
塞），每当我们在第二个终端中给globalvar 输入一个值，第一个终端就会输出这个值，如下图：
关于上述例程，我们补充说一点，如果将驱动程序中的read 函数改为：
static ssize_t globalvar_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t*off)
{
//获取信号量：可能阻塞
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if (down_interruptible(&sem))
{
return - ERESTARTSYS;
}
//等待数据可获得：可能阻塞
if (wait_event_interruptible(outq, flag != 0))
{
return - ERESTARTSYS;
}
flag = 0;
//临界资源访问
if (copy_to_user(buf, &global_var, sizeof(int)))
{
up(&sem);
return - EFAULT;
}
//释放信号量
up(&sem);
return sizeof(int);
}
即交换wait_event_interruptible(outq, flag != 0)和down_interruptible(&sem)的顺序，这个驱动程序
将变得不可运行。实际上，当两个可能要阻塞的事件同时出现时，即两个wait_event 或down 摆在一起的时
候，将变得非常危险，死锁的可能性很大，这个时候我们要特别留意它们的出现顺序。当然，我们应该尽可能
地避免这种情况的发生！
+还有一个与设备阻塞与非阻塞访问息息相关的论题，即select 和poll，select 和poll 的本质一样，前者在
BSD Unix 中引入，后者在System V 中引入。poll 和select 用于查询设备的状态，以便用户程序获知是否能
对设备进行非阻塞的访问，它们都需要设备驱动程序中的poll 函数支持。
驱动程序中poll 函数中最主要用到的一个API 是poll_wait，其原型如下：
void poll_wait(struct file *filp, wait_queue_heat_t *queue, poll_table * wait);
poll_wait 函数所做的工作是把当前进程添加到wait 参数指定的等待列表（poll_table）中。下面我们给globalvar 的驱动添加一个poll 函数：
static unsigned int globalvar_poll(struct file *filp, poll_table *wait)
{
unsigned int mask = 0;
poll_wait(filp, &outq, wait);
//数据是否可获得？
if (flag != 0)
{
mask |= POLLIN | POLLRDNORM; //标示数据可获得
}
return mask;
}
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xilinxue 发表于 2008/11/10 13:17:47
2楼 回复本楼需要说明的是，poll_wait 函数并不阻塞，程序中poll_wait(filp, &outq, wait)这句话的意思并不是说一直等
待outq 信号量可获得，真正的阻塞动作是上层的select/poll 函数中完成的。select/poll 会在一个循环中对
每个需要监听的设备调用它们自己的poll 支持函数以使得当前进程被加入各个设备的等待列表。若当前没有任
何被监听的设备就绪，则内核进行调度（调用schedule）让出cpu 进入阻塞状态，schedule 返回时将再次循
环检测是否有操作可以进行，如此反复；否则，若有任意一个设备就绪，select/poll 都立即返回。
我们编写一个用户态应用程序来测试改写后的驱动。程序中要用到BSD Unix 中引入的select 函数，其原型为：
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，它可以
使select()在等待timeout 时间后若没有文件描述符准备好则返回。struct timeval 数据结构为：
struct timeval
{
int tv_sec; /* seconds */
int tv_usec; /* microseconds */
};
除此之外，我们还将使用下列API：
FD_ZERO(fd_set *set)――清除一个文件描述符集；
FD_SET(int fd,fd_set *set)――将一个文件描述符加入文件描述符集中；
FD_CLR(int fd,fd_set *set)――将一个文件描述符从文件描述符集中清除；
FD_ISSET(int fd,fd_set *set)――判断文件描述符是否被置位。
下面的用户态测试程序等待/dev/globalvar 可读，但是设置了5 秒的等待超时，若超过5 秒仍然没有数据可读，
则输出“No data within 5 seconds”：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
main()
{
int fd, num;
fd_set rfds;
struct timeval tv;
fd = open("/dev/globalvar", O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR);
if (fd != - 1)
{
while (1)
{
//查看globalvar 是否有输入
FD_ZERO(&rfds);
FD_SET(fd, &rfds);
//设置超时时间为5s
tv.tv_sec = 5;
tv.tv_usec = 0;
select(fd + 1, &rfds, NULL, NULL, &tv);
//数据是否可获得？
if (FD_ISSET(fd, &rfds))
{
read(fd, &num, sizeof(int));
printf("The globalvar is %d\n", num);
//输入为0，退出
if (num == 0)
{
close(fd);
break;
}
}
else
printf("No data within 5 seconds.\n");
}
}
else
{
printf("device open failure\n");
}
}
开两个终端，分别运行程序：一个对globalvar 进行写，一个用上述程序对globalvar 进行读。当我们在写终
端给globalvar 输入一个值后，读终端立即就能输出该值，当我们连续5 秒没有输入时，“No data within 5 seconds”在读终端被输出.
引用 xilinxue 2008/11/10 13:17:47 发表于2楼的内容
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