《linux设备驱动开发详解》中对globalfifo_read理解

 

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/*globalfifo读函数*/
static ssize_t globalfifo_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count,
  loff_t *ppos)
{
  int ret;
  struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data; //获得设备结构体指针
  DECLARE_WAITQUEUE(wait, current); //定义等待队列

  down(&dev->sem); //此函数包含了进入睡眠的动作吗？
  add_wait_queue(&dev->r_wait, &wait); //为何要在获得信号量后进入读等待队列头？

  /* 等待FIFO非空 */
  while (dev->current_len == 0)
  {
    if (filp->f_flags &O_NONBLOCK)     //?
    {
      ret =  - EAGAIN;                      //?
      goto out;
    }
    __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为睡眠
    up(&dev->sem);

    schedule(); //调度其他进程执行
    if (signal_pending(current))              //?
    //如果是因为信号唤醒
    {
      ret =  - ERESTARTSYS;
      goto out2;
    }

    down(&dev->sem);
  }

  /* 拷贝到用户空间 */
  if (count > dev->current_len)
    count = dev->current_len;

  if (copy_to_user(buf, dev->mem, count))
  {
    ret =  - EFAULT;
    goto out;
  }
  else
  {
    memcpy(dev->mem, dev->mem + count, dev->current_len - count); //fifo数据前移
    dev->current_len -= count; //有效数据长度减少
    printk(KERN_INFO "read %d bytes(s),current_len:%d\n", count, dev->current_len);
     
    wake_up_interruptible(&dev->w_wait); //唤醒写等待队列
   
    ret = count;
  }
  out: up(&dev->sem); //释放信号量
  out2:remove_wait_queue(&dev->w_wait, &wait); //从附属的等待队列头移除
  set_current_state(TASK_RUNNING);
  return ret;
}

本人对阻塞操作还是不能结合这个实际例子加以理解。
我只能理解：从进入睡眠wait_event()到睡眠唤醒wake_up()
可这里没有wait_event()相关函数，为什么？
另外，这里的睡眠、等待队列，和信号量又有什么关系？？看书都看晕了！！

[ 本帖最后由 todayrw 于 2009-4-20 17:41 编辑 ]

最佳答案

ingdxdy

首先应从总体上把握程序的思想，信号量在这儿涉及到两个函数：此处你给出的读函数，还有一个你没有给出的写函数（globalfifo_write）。globalfifo_dev 结构表示底层被驱动的硬件(此处可能只是表示软件模拟的一个环形FIFO），这个结构显然定义了两个进程睡眠队列：r_wait， w_wait，即一个读数据的进程睡眠队列和一个写数据进程的睡眠队列。由于读写进程操作的是同一块区域，所以这块区域就成为我们通常所说的“临界区”，读写进程不可同时访问这块区域，否则很有可能会造成系统状态的不一致，这一点我想应该容易理解，那么dev->sem信号量的目的就是创建这个“临界区”，无论读写进程在进入到共享区域进行操作时（读或写），必须获取独享访问的权限，这就是如下语句的目的： down(&dev->sem);  //此函数包含了进入睡眠的动作吗？ 正如你所问的，这个down函数可以将当前进程置于睡眠状态，当有一个写进程正在操作这块共享区域时，此时读进程（在down调用下）会被挂起（即进入睡眠）。该进程的唤醒由写进程负责，正如你给出的globalfifo_read函数后的如下语句： wake_up_interruptible(&dev->w_wait); 如果你查看对应的globalfifo_write函数，那么在globalfifo_write函数中将会存在如下的语句： wake_up_interruptible(&dev->r_wait); 即当一个写进程完成数据的写入后，其唤醒可能等待读取的进程，此时globalfifo_read函数 将继续从如下语句执行。 add_wait_queue(&dev->r_wait, &wait); //为何要在获得信号量后进入读等待队列头？ 正如你所问的，为何此时要将当前进程提前挂入到r_wait队列，因为后面我们需要明确编码 将进程置于睡眠（当无数据可读取时），这与调用down函数时由内核将当前进程置于睡眠状态基本是一致的，不同的是，调用down时是由内核在资源不可用时将进程置于睡眠，而此处我们 根据有无数据主动编码将进程置于睡眠状态，因为当无数据读取时，而用户又没有设置NON_BLOCK标志位，我们不能继续占用CPU，需要让出CPU，从而让写进程有可能向共享区域中写数据，所以一方面你会看出在主动让进程置于睡眠时，还必须要调用up函数释放信号量，从而使得写进程可以进入到“临界区”写数据；另一方面执行如下代码将进程明确置于睡眠：     __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为可中断睡眠     up(&dev->sem);       schedule(); //调度其他进程执行 schedule函数调度其他进程执行，注意当前进程被设置为TASK_INTERRUPTIBLE状态，即可中断睡眠，这个状态的进程被排除在进程调度资格之外，直到被唤醒（即进入TASK_RUNNING状态），前面已提出，这个唤醒将执行由globalfifo_write函数（或者某个中断函数）的进程唤醒。 除了被globalfifo_write函数唤醒外，还有另外一种被唤醒的可能，即进程接收到一个外部中断， 如下代码即检查这种情况，如用户等不及了，使用Ctrl+C进行中断读进程操作，那么对Ctrl+C的捕捉就在此处完成： if (signal_pending(current))               //被其他中断唤醒，如Ctrl+C，则直接跳出     {       ret =  - ERESTARTSYS;       goto out2;     } 注意函数最后如下语句： remove_wait_queue(&dev->w_wait, &wait); //原文有误 remove_wait_queue(&dev->r_wait, &wait);  //这才是正确的写法 在函数退出之前，将当前进程从r_wait队列中删除，这正如前面的如下语句形成对称： add_wait_queue(&dev->r_wait, &wait); 其他应无难理解之处，以上代码有两处进程睡眠之处： 1>为进入“临界区”获取信号量时可能进入睡眠（即调用down函数时），此处的睡眠动作由内核负责（即down函数的底层实现）。 2>在无可读数据时，自己编码实现读进程睡眠。如下的这段代码在很多驱动程序中都是比较典型的：   DECLARE_WAITQUEUE(wait, current);   down(&dev->sem);   add_wait_queue(&dev->r_wait, &wait);   while (condition not meet)   {           __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为睡眠     up(&dev->sem);       schedule(); //调度其他进程执行     if (signal_pending(current))  {       ret =  - ERESTARTSYS;       goto out2;      }      down(&dev->sem);   } [ 本帖最后由 ingdxdy 于 2009-4-21 00:19 编辑 ]

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ingdxdy 发短消息 加为好友 ingdxdy 当前离线 UID 20923584  帖子   精华   积分 87  可用积分 87   信誉积分 100   专家积分 21 (本版:) 空间积分 0   阅读权限 10  在线时间 12 小时  注册时间 2009-02-24  最后登录 2011-03-20  侠客    帖子   主题   精华   可用积分 87   专家积分 21 (本版:0) 在线时间 12 小时  注册时间 2009-02-24  最后登录 2011-03-20  状态：...当前离线... [] [博客] [短信]	[报告] [回复] [引用] 发表于 2009-04-20 16:00 | 只看该作者 回复 #1 todayrw 的帖子 首先应从总体上把握程序的思想，信号量在这儿涉及到两个函数：此处你给出的读函数，还有一个你没有给出的写函数（globalfifo_write）。globalfifo_dev 结构表示底层被驱动的硬件(此处可能只是表示软件模拟的一个环形FIFO），这个结构显然定义了两个进程睡眠队列：r_wait， w_wait，即一个读数据的进程睡眠队列和一个写数据进程的睡眠队列。由于读写进程操作的是同一块区域，所以这块区域就成为我们通常所说的“临界区”，读写进程不可同时访问这块区域，否则很有可能会造成系统状态的不一致，这一点我想应该容易理解，那么dev->sem信号量的目的就是创建这个“临界区”，无论读写进程在进入到共享区域进行操作时（读或写），必须获取独享访问的权限，这就是如下语句的目的： down(&dev->sem);  //此函数包含了进入睡眠的动作吗？ 正如你所问的，这个down函数可以将当前进程置于睡眠状态，当有一个写进程正在操作这块共享区域时，此时读进程（在down调用下）会被挂起（即进入睡眠）。该进程的唤醒由写进程负责，正如你给出的globalfifo_read函数后的如下语句： wake_up_interruptible(&dev->w_wait); 如果你查看对应的globalfifo_write函数，那么在globalfifo_write函数中将会存在如下的语句： wake_up_interruptible(&dev->r_wait); 即当一个写进程完成数据的写入后，其唤醒可能等待读取的进程，此时globalfifo_read函数 将继续从如下语句执行。 add_wait_queue(&dev->r_wait, &wait); //为何要在获得信号量后进入读等待队列头？ 正如你所问的，为何此时要将当前进程提前挂入到r_wait队列，因为后面我们需要明确编码 将进程置于睡眠（当无数据可读取时），这与调用down函数时由内核将当前进程置于睡眠状态基本是一致的，不同的是，调用down时是由内核在资源不可用时将进程置于睡眠，而此处我们 根据有无数据主动编码将进程置于睡眠状态，因为当无数据读取时，而用户又没有设置NON_BLOCK标志位，我们不能继续占用CPU，需要让出CPU，从而让写进程有可能向共享区域中写数据，所以一方面你会看出在主动让进程置于睡眠时，还必须要调用up函数释放信号量，从而使得写进程可以进入到“临界区”写数据；另一方面执行如下代码将进程明确置于睡眠：     __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为可中断睡眠     up(&dev->sem);       schedule(); //调度其他进程执行 schedule函数调度其他进程执行，注意当前进程被设置为TASK_INTERRUPTIBLE状态，即可中断睡眠，这个状态的进程被排除在进程调度资格之外，直到被唤醒（即进入TASK_RUNNING状态），前面已提出，这个唤醒将执行由globalfifo_write函数（或者某个中断函数）的进程唤醒。 除了被globalfifo_write函数唤醒外，还有另外一种被唤醒的可能，即进程接收到一个外部中断， 如下代码即检查这种情况，如用户等不及了，使用Ctrl+C进行中断读进程操作，那么对Ctrl+C的捕捉就在此处完成： if (signal_pending(current))               //被其他中断唤醒，如Ctrl+C，则直接跳出     {       ret =  - ERESTARTSYS;       goto out2;     } 注意函数最后如下语句： remove_wait_queue(&dev->w_wait, &wait); //原文有误 remove_wait_queue(&dev->r_wait, &wait);  //这才是正确的写法 在函数退出之前，将当前进程从r_wait队列中删除，这正如前面的如下语句形成对称： add_wait_queue(&dev->r_wait, &wait); 其他应无难理解之处，以上代码有两处进程睡眠之处： 1>为进入“临界区”获取信号量时可能进入睡眠（即调用down函数时），此处的睡眠动作由内核负责（即down函数的底层实现）。 2>在无可读数据时，自己编码实现读进程睡眠。如下的这段代码在很多驱动程序中都是比较典型的：   DECLARE_WAITQUEUE(wait, current);   down(&dev->sem);   add_wait_queue(&dev->r_wait, &wait);   while (condition not meet)   {           __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为睡眠     up(&dev->sem);       schedule(); //调度其他进程执行     if (signal_pending(current))  {       ret =  - ERESTARTSYS;       goto out2;      }      down(&dev->sem);   } [ 本帖最后由 ingdxdy 于 2009-4-21 00:19 编辑 ] T-bagwell: 精品文章可用积分 + 5
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zhongfrank 发短消息 加为好友 zhongfrank 当前离线 UID 15243559  帖子   精华   积分 526  可用积分 526   信誉积分 0   专家积分 25 (本版:) 空间积分 0   阅读权限 20  在线时间 321 小时  注册时间 2008-08-18  最后登录 2011-03-27  风云使者    帖子   主题   精华   可用积分 526   专家积分 25 (本版:0) 在线时间 321 小时  注册时间 2008-08-18  最后登录 2011-03-27  状态：...当前离线... [] [博客] [短信]	[报告] [回复] [引用] 发表于 2009-04-21 10:08 | 只看该作者 很好，很赞！！！！！！！！ 学习啦！！！！
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todayrw 发短消息 加为好友 todayrw 当前离线 UID 13476538  帖子   精华   积分 79  可用积分 79   信誉积分 60   专家积分 0 (本版:) 空间积分 0   阅读权限 10  在线时间 126 小时  注册时间 2008-08-08  最后登录 2009-12-28  圣骑士    帖子   主题   精华   可用积分 79   专家积分 0 (本版:0) 在线时间 126 小时  注册时间 2008-08-08  最后登录 2009-12-28  状态：...当前离线... [] [博客] [短信]	[报告] [回复] [引用] 发表于 2009-04-21 11:35 | 只看该作者 回复 #2 ingdxdy 的帖子 谢谢！！说得非常详细非常好！ 原来这里有两种睡眠：一种是产生竞态时要休眠；另一种是FIFO为空时要休眠。 不好意思，最后再问几个问题： 1.从哪处醒来？ down函数中的睡眠，在醒来后，进程是否还是从down函数开始继续往下？   __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE)睡眠在醒来后，进程从哪里开始？ 2.while (dev->current_len == 0)   {     if (filp->f_flags &O_NONBLOCK)          {       ret =  - EAGAIN;                            goto out;     }     __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);     up(&dev->sem);     schedule();     if (signal_pending(current))                   {       ret =  - ERESTARTSYS;       goto out2;     }     down(&dev->sem);    为何这里会有down函数？它的作用。。。。   } 3.else   {     memcpy(dev->mem, dev->mem + count, dev->current_len - count); //fifo数据前移     dev->current_len -= count; //有效数据长度减少     printk(KERN_INFO "read %d bytes(s),current_len:%d\n", count, dev->current_len);           wake_up_interruptible(&dev->w_wait); //唤醒写等待队列         ret = count;   } 这里为何没有up函数？前面有down函数的啊。 [ 本帖最后由 todayrw 于 2009-4-21 11:47 编辑 ]
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T-Bagwell 发短消息 加为好友 T-bagwell 当前离线 UID 11344913  帖子   精华   积分 10637  可用积分 10637   信誉积分 5   专家积分 35 (本版:) 空间积分 0   阅读权限 100  来自北京  在线时间 1330 小时  注册时间 2007-12-10  最后登录 2011-05-07  版主    帖子   主题   精华   可用积分 10637   专家积分 35 (本版:0) 来自北京  在线时间 1330 小时  注册时间 2007-12-10  最后登录 2011-05-07  状态：...保密... [] [博客] [短信]	[报告] [回复] [引用] 发表于 2009-04-21 11:53 | 只看该作者 前面命名有up的啊 up(&dev->sem); pv操作吧？
	__________________________________ 三年以上工作经验，想做Android开发或者Linux Driver的兄弟可以联系我 There is no charge for awesomeness, or attractiveness 鹅鹅鹅， 曲项向天歌。 白毛浮绿水， 红掌拨清波。 | | |

ingdxdy 发短消息 加为好友 ingdxdy 当前离线 UID 20923584  帖子   精华   积分 87  可用积分 87   信誉积分 100   专家积分 21 (本版:) 空间积分 0   阅读权限 10  在线时间 12 小时  注册时间 2009-02-24  最后登录 2011-03-20  侠客    帖子   主题   精华   可用积分 87   专家积分 21 (本版:0) 在线时间 12 小时  注册时间 2009-02-24  最后登录 2011-03-20  状态：...当前离线... [] [博客] [短信]	[报告] [回复] [引用] 发表于 2009-04-21 14:04 | 只看该作者 回复 #4 todayrw 的帖子 1.进程被唤醒而调度进入运行时，从down语句的下一条语句执行：即代码中如下语句开始执行： add_wait_queue(&dev->r_wait, &wait); 另外注意你对如下代码理解有误：     __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //改变进程状态为睡眠 这条语句只是改变了进程的状态，并没有将进程置于睡眠，此时进程仍然占用CPU运行，直到如下调用shedule函数，进程才被明确置入睡眠等待状态，因为睡眠的目的在于等待写进程写入数据，所以在调度schedule函数之前需要释放信号量，放弃对“临界区”的“霸占”，这就是up函数的作用。     up(&dev->sem);       schedule(); //调度其他进程执行 在调用schedule函数退出CPU后，下次唤醒后进入运行时将从schedule语句的下一条语句开始，即if (signal_pending(current)) 语句。 2.注意到dev->current_len 也是一个共享变量，读写进程可能会同时访问该变量，所以在检查该变量值之前也要进入“临界区”。很多代码中将down语句放在此处while循环的外面，在 99%的时候程序都不会出现异常，但是却是不规则不正确的编码方式。 前一个帖子中，我说到如下代码的用途，如果如下代码不成立，那么这个读进程的唤醒应是 对应写进程的功劳，此时表示极有可能又有可读数据了，那么为了读取数据，必须进入“临界区”，程序为了保险起见，再次对dev->current_len进行检查，以避免多个读进程同时等待，而同时被唤醒的极端情况。dev->current_len又是一个共享变量，所以才有此处down语句调用，可以说，此处的调用是非常关键的，也是极其正确的编码方式。 if (signal_pending(current))                   {       ret =  - ERESTARTSYS;       goto out2;     } 3.呵呵，继续往下找，看看out标识符后面是啥。 1 评分人数 T-bagwell: 我很赞同可用积分 + 5
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todayrw 发短消息 加为好友 todayrw 当前离线 UID 13476538  帖子   精华   积分 79  可用积分 79   信誉积分 60   专家积分 0 (本版:) 空间积分 0   阅读权限 10  在线时间 126 小时  注册时间 2008-08-08  最后登录 2009-12-28  圣骑士    帖子   主题   精华   可用积分 79   专家积分 0 (本版:0) 在线时间 126 小时  注册时间 2008-08-08  最后登录 2009-12-28  状态：...当前离线... [] [博客] [短信]	[报告] [回复] [引用] 发表于 2009-04-21 20:09 | 只看该作者 回复 #6 ingdxdy 的帖子 老大，你可以去写书了！写个中国版的ldd，让大家好都看得懂！那就是个功德无量的事啊！！
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todayrw 发短消息 加为好友 todayrw 当前离线 UID 13476538  帖子   精华   积分 79  可用积分 79   信誉积分 60   专家积分 0 (本版:) 空间积分 0   阅读权限 10  在线时间 126 小时  注册时间 2008-08-08  最后登录 2009-12-28  圣骑士    帖子   主题   精华   可用积分 79   专家积分 0 (本版:0) 在线时间 126 小时  注册时间 2008-08-08  最后登录 2009-12-28  状态：...当前离线... [] [博客] [短信]	[报告] [回复] [引用] 发表于 2009-04-21 20:20 | 只看该作者 回复 #6 ingdxdy 的帖子 你的意思是： 3.else   {     memcpy(dev->mem, dev->mem + count, dev->current_len - count); //fifo数据前移     dev->current_len -= count; //有效数据长度减少     printk(KERN_INFO "read %d bytes(s),current_len:%d\n", count, dev->current_len);      这里再加句goto out？？     wake_up_interruptible(&dev->w_wait); //唤醒写等待队列         ret = count;   }   out:up(&dev->sem);   out2:..... 因为唤醒写等待队列，先得释放信号量，对吧？可是例子代码里没有这句goto out [ 本帖最后由 todayrw 于 2009-4-21 20:24 编辑 ]
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szjrabbit 发短消息 加为好友 szjrabbit 当前离线 UID 20637823  帖子   精华   积分 1779  可用积分 1779   信誉积分 100   专家积分 0 (本版:) 空间积分 824   阅读权限 30  性别男  在线时间 364 小时  注册时间 2007-11-05  最后登录 2011-04-26  精灵    帖子   主题   精华   可用积分 1779   专家积分 0 (本版:0) 在线时间 364 小时  注册时间 2007-11-05  最后登录 2011-04-26  状态：...当前离线... [] [博客] [短信]

[报告] [回复] [引用] 发表于 2009-04-24 15:35 | 只看该作者 回复 #8 todayrw 的帖子 讲的很详细。 else { ... } 执行完后，顺序往下执行，下面不就是 out: up(&dev->sem);吗？