字符驱动之四阻塞IO(等待队列)

     我们经常看到 read 的时候没有数据可读，而有时却是 write 的时候缓冲区已

 

满写不进去。而应用程序不关心这个，只关心我要的数据何时能读取出来，或者我

 

写的数据何时才能写进去。因此这样应该要阻塞进程，直到有数据可读或者有内存

 

可写。那我们就来看看几个概念和问题：

 

    1)何为进程睡眠？

   

    2)是否什么情况下都可以睡眠？

 

    3)既然睡眠了，如何唤醒？

 

    4)如何操作阻塞I/O？

   

    1、所谓进程睡眠：当一个进程的状态被置为睡眠之后，它将等待运行的队列中

 

删除，一直到该状态被改变，否则它将不会在任何的 CPU 上运行。简单的说睡眠的

 

进程将得不到进程调度程序调度,让出 CPU，被搁置到系统的一边。

 

    2、看完了睡眠，那我们也来看看哪些情况不可以睡眠，为什么呢？在<

 

设备驱动程序>>中，指出：当你运行在原子上下文时不能睡眠。而原子操作包含有

 

自旋锁、BKL、RCU、seqlock、中断上下文。到了这里，大家有个疑惑，那信号量为

 

何可以睡眠呢？那我们先来看看原子操作的概念吧，从字面来看，它应该采用了物

 

理学的物质微粒的概念，应该是不可再分的操作啊==>所谓原子操作，就是该操作绝

 

不会在执行完毕前被任何其他任务或事件打断(连中断也不行吗?)，也就说，它的

 

最小的执行单位，不可能有比它更小的执行单位。在单核 CPU 中，原子操作至少保

 

证了两点：<在SMP中，我不是很清楚，就不多做解释了，若有人知道，可告知哦>

 

    1)原子操作是最小的执行单位，一口气执行完毕，任何打断都无效；

    

    2)保护了共享资源的完整性，不被破坏。

 

    自旋锁禁止CPU抢占，而信号量允许CPU抢占。在单 CPU 情况下，若持有自旋锁

 

的进程进入睡眠，由于禁止了CPU抢占，其他进程将永远得不到CPU执行，将唤不醒

 

自旋锁，你说那系统岂不进入睡眠状态啊。那中断呢？能否唤醒自旋锁睡眠呢？一

 

般而言，中断程序能正常运行，但在中断程序中几乎不会做唤醒自旋锁的可能(除

 

非专门设计)，所以系统也将处于睡眠状态。而对SMP就不同了，因为各自的CPU执行

 

各自的程序，而自旋锁只是禁止自己的CPU抢占而又当前睡眠而已，所以SMP可以唤

 

醒自旋锁，但是这样做，还是比较危险的啊！！而信号就不同了，它允许CPU抢占。

 

    中断一般操作就是进入中断后，就把关掉中断，直到中断结束再重启中断。若

 

我们关了本地中断后睡眠，任何一个操作中断IO的进程都会睡眠，一旦唤醒之后，

 

多个进程为了抢占资源而并发，从而会导致共享数据的破坏，更有甚者将造成进程

 

死锁啊。

 

     到了这里，应该知道了为何原子操作不能睡眠了吧，两方面：一方面不要进程

 

睡眠，结果导致了系统睡眠或造成死锁，另一方面是保护共享资源。

 

     3、有了睡眠，当然就要有唤醒啦。要不睡眠将毫无意义，因为睡眠只是为了

 

等候到自己所要的东西，取到东西必须返回啊。比如说：你等到的有数据，你一高

 

兴就屁颠屁颠的跑了，哪里还会在那里傻等啊；同时你好不容易等到有内存写进去

 

啦，当然马上写入，然后就跑出去玩了。

 

     4、睡眠IO操作方法： 

       

     使用睡眠IO需要考虑的三个问题：什么情况需要睡眠？什么情况得唤醒？

 

为何要睡眠？

 

#include <linux/wait.h>
第一步：【定义等待队列头并初始化】
/* <动态申请等待队列>
 * @brief             初始化等待队列头
 * @param[in]        queue 我们所要等待的队列
 * @return            no
 */
//wait_queue_head_t my_queue;                    /*定义等待队列*/
init_waitqueue_head(wait_queue_head_t *queue);   /*初始化*/

/*<静态申请等待队列>
 * @brief             初始化等待队列头
 * @param[in]        queue 我们所要等待的队列
 * @return            no
 */
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wait_queue_head_t *queue);

第二步：【有条件的睡眠】
[NOTE]看你要选择哪种睡眠方式，还有一种无条件睡眠方式这里没介绍
/*
 * @brief     不可中断的睡眠
 * @param[in] queue 我们所要等待的队列《注意它是"通过值"传递的》
 * @param[in] condition 条件是一任意的布尔表达式;它不应当有任何边界效应.
 * @return    添加成功返回 0；
 */
wait_event(queue, condition)

/*
 * @brief             可中断的睡眠
 * @param[in]        queue 我们所要等待的队列《注意它是"通过值"传递的》
 * @param[in] condition 条件是一任意的布尔表达式;它不应当有任何边界效应.
 * @param[in] timeout 等待一段有限的时间后睡眠
 * @return
 */
wait_event_timeout(queue, condition, timeout)

/*
 * @brief     可中断的睡眠
 * @param[in] queue 我们所要等待的队列《注意它是"通过值"传递的》
 * @param[in] condition 条件是一任意的布尔表达式;它不应当有任何边界效应.
 * @return    添加成功返回0；若中断返回-ERESTARTSYS
 */
【说明】它被唤醒不单单是condition条件为真的时候，还有中断的时候。
wait_event_interruptible(queue, condition)

wait_event_interruptible_timeout(queue, condition, timeout)

第三步：【睡眠的唤醒】
/*
 * @brief             唤醒给定队列的所有进程
 * @param[in]        queue 我们所要等待的队列《注意它是"通过值"传递的》
 * @return            no
 */
【注意】若唤醒多个进程，则会产生竞态。Q:要如何进行处理呢？
void wake_up(wait_queue_head_t *queue);

/*
 * @brief             唤醒给定队列的可中断的所有进程
 * @param[in]        queue 我们所要等待的队列《注意它是"通过值"传递的》
 * @return            no
 */

void wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *queue);