一、阻塞和非阻塞
阻塞操作是指在執(zhí)行設(shè)備操作時(shí)若不能獲得資源則掛起進(jìn)程，直到滿足可操作的條件后再進(jìn)行操作。被掛起的進(jìn)程進(jìn)入休眠狀態(tài)，被從調(diào)度器的運(yùn)行隊(duì)列移走，直到等待的條件被滿足。而非阻塞操作的進(jìn)程在不能進(jìn)行設(shè)備操作時(shí)并不掛起，它或者放棄，或者不停地查詢，直至可以進(jìn)行操作為止。
二、等待隊(duì)列
在 Linux 驅(qū)動(dòng)程序中，可以使用等待隊(duì)列(wait queue)來(lái)實(shí)現(xiàn)阻塞進(jìn)程的喚醒。wait queue 很早就作為一個(gè)基本的功能單位出現(xiàn)在 Linux 內(nèi)核里了，它以隊(duì)列為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，與進(jìn)程調(diào)度機(jī)制緊密結(jié)合，能夠用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)核中的異步事件通知機(jī)制。等待隊(duì)列可以用來(lái)同步對(duì)系統(tǒng)資源的訪問(wèn)，信號(hào)量在內(nèi)核中也依賴等待隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)。
希望等待特定事件的進(jìn)程把自己放進(jìn)合適的等待隊(duì)列，并放棄控制權(quán)。因此，等待隊(duì)列是一組睡眠的進(jìn)程，當(dāng)某一條件變?yōu)檎鏁r(shí)，由內(nèi)核喚醒他們。
1，等待隊(duì)列頭
每個(gè)等待隊(duì)列都有一個(gè)等待隊(duì)列頭，驅(qū)動(dòng)注意操作等待隊(duì)列頭來(lái)實(shí)現(xiàn)阻塞的功能，二等待隊(duì)列項(xiàng)的內(nèi)容不需要關(guān)心，因?yàn)榈却?duì)列是由中斷處理程序和主要內(nèi)核函數(shù)修改的，其雙向鏈表必須進(jìn)行保護(hù)，防止多進(jìn)程同時(shí)進(jìn)行訪問(wèn)修改，造成不可預(yù)知的后果，所以定義了lock來(lái)鎖住鏈表操作的區(qū)域
等待隊(duì)列頭結(jié)構(gòu)體的定義：內(nèi)核使用等待隊(duì)列頭來(lái)掛起一個(gè)進(jìn)程，也使用等待隊(duì)列頭來(lái)喚醒進(jìn)程
struct __wait_queue_head {
spinlock_t lock; //自旋鎖變量，用于在對(duì)等待隊(duì)列頭
struct list_head task_list; // 指向等待隊(duì)列的list_head
};
typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;
操作函數(shù)
#include <linux/sched.h>
#include <linux/wait.h>
1).定義“等待隊(duì)列頭”
wait _ queue _ head _ t my _ queue;
2) .初始化“等待隊(duì)列頭”。
void init_waitqueue_head(wait_queue_head_t *);
而下面的 DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD()宏可以作為定義并初始化等待隊(duì)列頭的“快捷方式”。
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name);
3).條件等待/休眠函數(shù) 一邊休眠等待條件
//當(dāng)cond條件是false(0)則休眠(不可中斷版,不推薦使用)
void wait_event(wait_queue_head_t wq, int cond);
上面程序的執(zhí)行過(guò)程：
1.用當(dāng)前的進(jìn)程描述塊(PCB)初始化一個(gè)wait_queue描述的等待任務(wù)。
2.在等待隊(duì)列鎖資源的保護(hù)下，將等待任務(wù)加入等待隊(duì)列。
3.判斷等待條件是否滿足，如果滿足，那么將等待任務(wù)從隊(duì)列中移出，退出函數(shù)。
4.如果條件不滿足，那么任務(wù)調(diào)度，將CPU資源交與其它任務(wù)。
5.當(dāng)睡眠任務(wù)被喚醒之后，需要重復(fù)(2)、(3)步驟，如果確認(rèn)條件滿足，退出等待事件函數(shù)。
使用舉例： flag可以是一個(gè)條件表達(dá)式
static wait_queue_head_t wq;
init_waitqueue_head(&wq);//初始化等待隊(duì)列頭
//if(!flag){
while(!flag){ //條件不滿足
if(wait_event_interruptible(wq,flag)) //如果是被其他信號(hào)喚醒則返回錯(cuò)誤
return -ERESTARTSYS;
}
使用 while 而不使用if的原因是：wait_event_interruptible
可以被中斷及信號(hào)打斷，使用while(1),可以避免被打斷的情況。
注：其實(shí)可以不用加while，查看內(nèi)核源碼的用法，如果被中斷或者信號(hào)打斷，直接返回錯(cuò)誤。
flag = 1; //先設(shè)置條件，再喚醒
wake_up(&wq); //條件滿足時(shí)喚醒等待隊(duì)列頭上所有的進(jìn)程
//當(dāng)cond條件是false(0)則休眠(超時(shí)版，timeout是超時(shí)值，單位是計(jì)數(shù)值)
//超時(shí)返回值為0 ，被喚醒大于0 需判斷返回值
int wait_event_timeout(wait_queue_head_t wq, int condition, unsigend long timeout);
//當(dāng)cond條件是false則休眠(可中斷版)
//返回值：打斷：負(fù)數(shù)，值是錯(cuò)誤碼，成功0 返回值需要做判斷
int wait_event_interruptible(wait_queue_head_t wq, int condition);
//當(dāng)cond條件是false則休眠(可超時(shí)中斷版)
//打斷：負(fù)數(shù)，值是錯(cuò)誤碼; 超時(shí)：0; 條件滿足：>0
int wait_event_interruptible_timeout(wait_queue_head_t wq, int condition, unsigend long timeout);
4).喚醒函數(shù) 另一邊條件成熟時(shí)喚醒
void wake_up(wait_queue_head_t *) //能喚醒所以狀態(tài)的進(jìn)程
void wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *) //只適用于interruptible，配對(duì)使用
注意：?jiǎn)拘押瘮?shù)當(dāng)條件滿足時(shí)，一定要先設(shè)置條件condition，再喚醒調(diào)用喚醒函數(shù)。因?yàn)榈却吆瘮?shù)返回后會(huì)首先檢查condition是否滿足，若不滿足會(huì)繼續(xù)睡
如： counter = count;
wake_up_interruptible(&wq);
2，等待隊(duì)列項(xiàng)
定義等待對(duì)列：
struct __wait_queue {
unsigned int flags; //prepare_to_wait()里有對(duì)flags的操作，查看以得出其含義
#define WQ_FLAG_EXCLUSIVE 0x01 //一個(gè)常數(shù),在prepare_to_wait()用于修改flags的值
void * private //通常指向當(dāng)前任務(wù)控制塊
wait_queue_func_t func; //喚醒阻塞任務(wù)的函數(shù) ，決定了喚醒的方式
struct list_head task_list; // 阻塞任務(wù)鏈表
};
typedef struct __wait_queue wait_queue_t;
1) 定義一個(gè)等待隊(duì)列
wait_queue_t wait;
2) 初始化等待隊(duì)列
內(nèi)核中定義的接口如下：
static inline void init_waitqueue_entry(wait_queue_t *q, struct task_struct *p)
{
q->flags = 0;
q->private = p; //私有數(shù)據(jù)指針，一般指向當(dāng)前任務(wù)控制塊
q->func = default_wake_function; //使用默認(rèn)的喚醒函數(shù)
}
使用范例：
init_waitqueue_entry(&wait, current);
3) 添加/ 等待隊(duì)列。
void fastcall add _ wait _ queue(wait _ queue _ head _ t *q, wait _ queue _ t *wait);
add_wait_queue()用于將等待隊(duì)列 wait 添加到等待隊(duì)列頭 q 指向的等待隊(duì)列鏈表
4)移除等待隊(duì)列。
void fastcall remove _ wait _ queue(wait _ queue _ head _ t *q, wait _ queue _ t *wait);
remove_wait_queue()用于將等待隊(duì)列 wait 從附屬的等待隊(duì)列頭 q 指向的等待隊(duì)列鏈表中移除。
5)判斷等待隊(duì)列是否為空。
static inline int waitqueue_active(wait_queue_head_t *q)
{
return ! list_empty(&q->task_list);
}
判斷等待對(duì)列頭是否為空，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)設(shè)備而得不到資源時(shí)就會(huì)被放入等待隊(duì)列頭指向的等待隊(duì)列中。
三、函數(shù) sleep_on的實(shí)現(xiàn)
Sleep()函數(shù)相信大家早已耳熟能詳了，可是內(nèi)部究竟是怎么實(shí)現(xiàn)的呢?讓我們一起來(lái)揭開(kāi)它的面紗
void sleep_on(wait_queue_head_t *wq)
{
wait_queue_t wait; //定義等待隊(duì)列
init_waitqueue_entry(&wait, current);
//初始化等待隊(duì)列
current->state = TASK_UNINTERRUPTIBALE; //設(shè)置進(jìn)程狀態(tài)
add_wait_queue(wq,&wait);
//加入等待隊(duì)列
schedule();
//調(diào)度，當(dāng)前進(jìn)程進(jìn)入睡眠
remove_wait_queue(wq,&wait);
//醒后從等待隊(duì)列中移除
}
可以發(fā)現(xiàn)，程序之所以能睡眠，是因?yàn)樗淖兞俗约旱臓顟B(tài)，并執(zhí)行調(diào)度，放棄了占用CPU。但是我們要喚醒進(jìn)程，必須要找到它，怎么找到它呢，關(guān)鍵就在于進(jìn)程在睡眠前我們把它加入了等待對(duì)應(yīng)，只要找到等待隊(duì)列我們就能找到掛起的進(jìn)程并喚醒它。
等待隊(duì)列是一個(gè)具有頭節(jié)點(diǎn)的雙向循環(huán)鏈表，把所有睡眠的進(jìn)程連接起來(lái)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)元素都有進(jìn)程相關(guān)的信息
以上就是達(dá)內(nèi)科技的小編給大家整理的關(guān)于linux培訓(xùn)機(jī)構(gòu)講解linux運(yùn)行的阻塞機(jī)制的內(nèi)容，如果說(shuō)你是有基礎(chǔ)的學(xué)員的話肯定是可以看得懂小編說(shuō)的內(nèi)容，但是如果說(shuō)你是零基礎(chǔ)的學(xué)員的話估計(jì)就很難看的懂了。如果說(shuō)你想要學(xué)習(xí)linux技術(shù)的話，那么達(dá)內(nèi)科技的小編建議大家可以到我們達(dá)內(nèi)科技的linux培訓(xùn)班進(jìn)行實(shí)地考察下，來(lái)和我們的講師進(jìn)行面對(duì)面的交流和互動(dòng)。也可以點(diǎn)擊我們文章下面的獲取試聽(tīng)資格按鈕來(lái)獲取我們的linux培訓(xùn)的免費(fèi)課程試聽(tīng)資格，來(lái)免費(fèi)體驗(yàn)我們的linux課程并深入的了解我們達(dá)內(nèi)科技。
