一个简单的字符驱动程序<4>(同步控制)

在多道系统中,用户进程之间需要相互配合才能够完成一项任务,最典型的就是生产者消费者问题了,在OS中，进程间的相互配合叫做同步。实现同步最简单的办法是阻塞操作,阻塞操作时是指用户访问设备时,如果得不到所需资源
,进程就进入等待状态,直到资源满足时,才继续进行,阻塞操作可以通过等待队列来进行.Linux中通过wait_queue_head_t wqh的方式定义等待队列。
       下面将一个简单的字符驱动程序<1> 代码进行改造，实现同步操作，添加测试程序文件myread.c和mywrite.c文件，具体代码如下：

/***********************************************************************
 *文件名称:cjf_chdev.c
 *简要描述:本程序实现从字符设备被应用程序读取数据的功能,实现同步操作.当
 * myread打开设备后,读取数据操作被阻塞,只有等到mywrite进程写入数
 *      据后myread才会得到通知读取数据
 *当前版本:4.0
 *作者:Ceagle
 ***********************************************************************/
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/uaccess.h>

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Ceagle");

#define MAJOR_NUM 250 //定义主设备号为250,如果为0，表示内核动态分配设备号

#define DEVICE_NAME "cjf_chdev" //定义设备号的名称

#define DATA_NUM 20 //写入设备的字符串的最大长度


//声明读数据函数

static int cjf_chdev_read(struct file *filp,char *,size_t,loff_t *);
//声明写数据函数

static int cjf_chdev_write(struct file *filp,char *,size_t,loff_t *);
//定义写入设备的字符串数组

static char cjf_chdev_var[DATA_NUM] ;
static int flag = 0;
static wait_queue_head_t wqh;

static const struct file_operations cjf_chdev_fops =
{
    .read = cjf_chdev_read,
    .write = cjf_chdev_write,
};

static ssize_t cjf_chdev_read(struct file *filp,char *buf,size_t count,loff_t *f_pos)
{    
    //下面函数用于将进程加入等待队列,并且检查条件是否成立,如果成立,则直接退出

    if (wait_event_interruptible(wqh,flag != 0)) {
        return -ERESTARTSYS;
    }
    flag = 0;

    //从内核拷贝数据到用户空间

    if (copy_to_user(buf,&cjf_chdev_var,sizeof(cjf_chdev_var))) {
        return -EFAULT;
    }
    return sizeof(cjf_chdev_var);
}
static ssize_t cjf_chdev_write(struct file *filp,char *buf,size_t count,loff_t *f_pos)
{
    //从用户空间拷贝数据到内核空间

    if (copy_from_user(&cjf_chdev_var,buf,sizeof(cjf_chdev_var))) {
        return -EFAULT;
    }

    flag = 1;
    wake_up_interruptible(&wqh);//此函数用于从等待队列中唤醒进程


    return sizeof(cjf_chdev_var);
}

static int __init cjf_chdev_init(void)
{
    int reg;

    //使用函数register_chrdev将主设备号和设备名注册到内核中,

    //如果注册成功,返回0，否则返回负数;

    //如果成功注册动态分配的设备,则返回设备号

    reg = register_chrdev(MAJOR_NUM,DEVICE_NAME,&cjf_chdev_fops);
    if (reg) {
        printk("register fail!\n");
    } else {
        printk("register success!\n");
        init_waitqueue_head(&wqh);//对等待队列wqh进行初始化

    }
    return reg;
}

static void __exit cjf_chdev_exit(void)
{
      //使用register_chrdev将设备号和设备名从内核卸载

    unregister_chrdev(MAJOR_NUM,DEVICE_NAME);
    printk("chardev has been unregistered!\n");
}

module_init(cjf_chdev_init);
module_exit(cjf_chdev_exit);

测试程序如下：
myread.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#define DATA_NUM 20
int main(void)
{
    int fd;
    char *dev = "cjf_chdev";
    char num_read[DATA_NUM];
    memset(num_read,0,sizeof(num_read));
    if ((fd = open("/dev/cjf_chdev",O_RDWR)) != -1) {
        printf("open device %s success!\n",dev);
        printf("read from %s\n",dev);
        read(fd,num_read,sizeof(num_read));
        printf("%s\n",num_read);
        close(fd);
    } else {
        printf("open device %s faild!\n",dev);
    }
    return 0;
}

mywrite.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#define DATA_NUM 20
int main(void)
{
    int fd;
    char *dev = "cjf_chdev";
    char num_write[DATA_NUM];
    memset(num_write,0,sizeof(num_write));
    if ((fd = open("/dev/cjf_chdev",O_RDWR)) != -1){
        printf("open device %s success!\n",dev);
        printf("write to %s some data\n",dev);
        scanf ("%s",num_write);
        write(fd,num_write,sizeof(num_write));
        close(fd);
    } else {
        printf("open device %s faild!\n",dev);
    }
    return 0;
}


插入模块及其在/dev目录下创建对应设备文件文件后，运行测试程序
ceagle@ceagle-desktop:~/Code/Kernel/mychardev/mychdev4$ sudo sudo ./myread
open device cjf_chdev success!
read from cjf_chdev
 myread处于等待状态

运行mywrite并且输入数据后，如下
ceagle@ceagle-desktop:~/Code/Kernel/mychardev/mychdev4$ sudo ./mywrite
open device cjf_chdev success!
write to cjf_chdev some data
hello

myread进程
ceagle@ceagle-desktop:~/Code/Kernel/mychardev/mychdev4$  sudo ./myread
open device cjf_chdev success!
read from cjf_chdev
hello

如果先运行mywrite后运行myread则myread直接可以读数据.
更多阅读:
一个简单的字符驱动程序<1>
一个简单的字符驱动程序<2>(实现并发控制)
一个简单的字符驱动程序<3>(自旋锁)
一个简单的字符驱动程序<5>(中断处理)