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Linux内核同步机制之completion

  内核编程中常见的一种模式是,在当前线程之外初始化某个活动,然后等待该活动的结束。这个活动可能是,创建一个新的内核线程或者新的用户空间进程、对一个已有进程的某个请求,或者某种类型的硬件动作,等等。在这种情况下,我们可以使用信号量来同步这两个任务。然而,内核中提供了另外一种机制–completion接口。Completion是一种轻量级的机制,他允许一个线程告诉另一个线程某个工作已经完成。


  结构与初始化


  Completion在内核中的实现基于等待队列(关于等待队列理论知识在前面的文章中有介绍),completion结构很简单:


  struct completion {


  unsigned int done;/*用于同步的原子量*/


  wait_queue_head_t wait;/*等待事件队列*/


  };


  和信号量一样,初始化分为静态初始化和动态初始化两种情况:


  静态初始化:


  #define COMPLETION_INITIALIZER(work) \


  { 0, __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER((work)。wait) }


  #define DECLARE_COMPLETION(work) \


  struct completion work = COMPLETION_INITIALIZER(work)


  动态初始化:


  static inline void init_completion(struct completion *x)


  {


  x->done = 0;


  init_waitqueue_head(&x->wait);


  }


  可见,两种初始化都将用于同步的done原子量置位了0,后面我们会看到,该变量在wait相关函数中减一,在complete系列函数中加一。


  实现


  同步函数一般都成对出现,completion也不例外,我们看看最基本的两个complete和wait_for_completion函数的实现。


  wait_for_completion最终由下面函数实现:


  static inline long __sched


  do_wait_for_common(struct completion *x, long timeout, int state)


  {


  if (!x->done) {


  DECLARE_WAITQUEUE(wait, current);


  wait.flags |= WQ_FLAG_EXCLUSIVE;


  __add_wait_queue_tail(&x->wait, &wait);


  do {


  if (signal_pending_state(state, current)) {


  timeout = -ERESTARTSYS;


  break;


  }


  __set_current_state(state);


  spin_unlock_irq(&x->wait.lock);


  timeout = schedule_timeout(timeout);


  spin_lock_irq(&x->wait.lock);


  } while (!x->done && timeout);


  __remove_wait_queue(&x->wait, &wait);


  if (!x->done)


  return timeout;


  }


  x->done–;


  return timeout ?: 1;


  }


  而complete实现如下:


  void complete(struct completion *x)


  {


  unsigned long flags;


  spin_lock_irqsave(&x->wait.lock, flags);


  x->done++;


  __wake_up_common(&x->wait, TASK_NORMAL, 1, 0, NULL);


  spin_unlock_irqrestore(&x->wait.lock, flags);


  }


  不看内核实现的源代码我们也能想到他的实现,不外乎在wait函数中循环等待done变为可用(正),而另一边的complete函数为唤醒函数,当然是将done加一,唤醒待处理的函数。是的,从上面的代码看到,和我们想的一样。内核也是这样做的。


  运用


  运用LDD3中的例子:


  #include


  #include


  #include


  #include


  #include


  #include


  #include


  MODULE_LICENSE(“GPL”);


  static int complete_major=250;


  DECLARE_COMPLETION(comp);


  ssize_t complete_read(struct file *filp,char __user *buf,size_t count,loff_t *pos)


  {


  printk(KERN_ERR “process %i (%s) going to sleep\n”,current->pid,current->comm);


  wait_for_completion(&comp);


  printk(KERN_ERR “awoken %i (%s)\n”,current->pid,current->comm);


  return 0;


  }


  ssize_t complete_write(struct file *filp,const char __user *buf,size_t count,loff_t *pos)


  {


  printk(KERN_ERR “process %i (%s) awakening the readers…\n”,current->pid,current->comm);


  complete(&comp);


  return count;


  }


  struct file_operations complete_fops={


  .owner=THIS_MODULE,


  .read=complete_read,


  .write=complete_write,


  };


  int complete_init(void)


  {


  int result;


  result=register_chrdev(complete_major,“complete”,&complete_fops);


  if(result<0)


  return result;


  if(complete_major==0)


  complete_major=result;


  return 0;


  }


  void complete_cleanup(void)


  {


  unregister_chrdev(complete_major,“complete”);


  }


  module_init(complete_init);


  module_exit(complete_cleanup);


  测试步骤:


  1、mknod /dev/complete创建complete节点,在linux上驱动程序需要手动创建文件节点。


  2、insmod complete.ko 插入驱动模块,这里要注意的是,因为我们的代码中是手动分配的设备号,很可能被系统已经使用了,所以如果出现这种情况,查看/proc/devices文件。找一个没有被使用的设备号。


  3、cat /dev/complete 用于读该设备,调用设备的读函数


  4、打开另一个终端输入 echo “hello” > /dev/complete 该命令用于写入该设备。