Linux设备驱动程式学习(5)-高级字符驱动程式操作[(2)阻塞型IO和休眠][汇编].pdf

在Linux设备驱动编程中，处理I/O操作时，有时会遇到驱动程序无法立即响应用户空间请求的情况。这时，驱动程序需要采用阻塞型I/O和休眠机制来处理这种情况。本篇文章将深入探讨如何在Linux内核中实现这些高级字符驱动程序操作。 休眠进程是指将一个处于运行状态的进程标记为特殊状态并从调度器的运行队列中移除，使其不再在任何CPU上被调度执行。休眠是允许驱动程序在无法完成任务时释放CPU资源的有效方法。然而，休眠有一些关键限制： 1. **禁止在原子上下文中休眠**：这意味着在持有自旋锁、seqlock或RCU锁时，不能进行休眠，因为这可能导致死锁。关闭中断时也不能休眠。 2. **安全休眠**：持有一个信号量时可以休眠，但必须谨慎，确保休眠时间短且不会阻塞其他等待相同资源的线程。当进程被唤醒后，它不应假设休眠期间发生了什么，而应重新检查等待条件以确保正确响应。 为了实现休眠，需要使用一个叫做等待队列的数据结构。等待队列是由`wait_queue_head_t`结构体管理的，它包含一个自旋锁和一个链表，链表中存储了等待特定事件的所有进程。`wait_queue_head_t`结构体定义如下： ```c struct __wait_queue_head { spinlock_t lock; struct list_head task_list; }; typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t; ``` 休眠过程可以通过内核提供的宏`wait_event`、`wait_event_interruptible`、`wait_event_timeout`和`wait_event_interruptible_timeout`来简化。它们会检查指定条件，如果条件不满足，则使进程进入休眠状态。其中，`wait_event_interruptible`和`wait_event_interruptible_timeout`允许在等待过程中响应信号，从而中断休眠。 唤醒休眠进程的函数有`wake_up`和`wake_up_interruptible`，分别对应`wait_event`和`wait_event_interruptible`。这些函数将指定等待队列头的进程唤醒，使其重新加入到调度队列中。 在实际的驱动程序中，可以编写一个简单的实验模块来演示休眠和唤醒过程。例如，`sleepy`模块是一个示例，通过创建一个字符设备并在用户空间使用`cat /dev/sleepy`命令来触发休眠和唤醒。当调用`insmod`加载模块后，通过`cat`命令访问设备文件，将导致驱动程序进入休眠状态，直到被其他操作唤醒。 总结起来，Linux设备驱动程序中的高级字符驱动操作涉及阻塞型I/O和休眠机制，通过等待队列和相关宏与函数，实现进程在无法立即响应请求时的优雅处理。理解并熟练掌握这些机制对于编写高效、可靠的设备驱动至关重要。