Linux裝置驅動編程之阻塞與非阻塞

阻塞操作是指，在執行裝置操作時，若不能獲得資源，則進程掛起直到滿足可操作的條件再進行操作。非阻塞操作的進程在不能進行裝置操作時，並不掛起。被掛起的進程進入sleep狀態，被從調度器的運行隊列移走，直到等待的條件被滿足。

　　在Linux

　　關於上述常式，我們補充說一點，如果將驅動程式中的read函數改為：

static ssize_t globalvar_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t *off) { 　//擷取訊號量：可能阻塞 　if (down_interruptible(&sem)) 　{ 　　return - ERESTARTSYS; 　} 　//等待資料可獲得：可能阻塞 　if (wait_event_interruptible(outq, flag != 0)) 　{ 　　return - ERESTARTSYS; 　} 　flag = 0; 　//臨界資源訪問 　if (copy_to_user(buf, &global_var, sizeof(int))) 　{ 　　up(&sem); 　　return - EFAULT; 　} 　//釋放訊號量 　up(&sem); 　return sizeof(int); }

　　即交換wait_event_interruptible(outq, flag != 0)和down_interruptible(&sem)的順序，這個驅動程式將變得不可運行。實際上，當兩個可能要阻塞的事件同時出現時，即兩個wait_event或down擺在一起的時候，將變得非常危險，死結的可能性很大，這個時候我們要特別留意它們的出現順序。當然，我們應該儘可能地避免這種情況的發生！

　　+還有一個與裝置阻塞與非阻塞訪問息息相關的論題，即select和poll，select和poll的本質一樣，前者在BSD Unix中引入，後者在System V中引入。poll和select用於查詢裝置的狀態，以便使用者程式獲知是否能對裝置進行非阻塞的訪問，它們都需要裝置驅動程式中的poll函數支援。

　　驅動程式中poll函數中最主要用到的一個API是poll_wait，其原型如下：

void poll_wait(struct file *filp, wait_queue_heat_t *queue, poll_table * wait);

　　poll_wait函數所做的工作是把當前進程添加到wait參數指定的等待列表（poll_table）中。下面我們給globalvar的驅動添加一個poll函數：

static unsigned int globalvar_poll(struct file *filp, poll_table *wait) { 　unsigned int mask = 0; 　poll_wait(filp, &outq, wait); 　//資料是否可獲得？ 　if (flag != 0) 　{ 　　mask |= POLLIN | POLLRDNORM; //標示資料可獲得 　} 　return mask; }

　　需要說明的是，poll_wait函數並不阻塞，程式中poll_wait(filp, &outq, wait)這句話的意思並不是說一直等待outq訊號量可獲得，真正的阻塞動作是上層的select/poll函數中完成的。select/poll會在一個迴圈中對每個需要監聽的裝置調用它們自己的poll支援函數以使得當前進程被加入各個裝置的等待列表。若當前沒有任何被監聽的裝置就緒，則核心進行調度（調用schedule）讓出cpu進入阻塞狀態，schedule返回時將再次迴圈檢測是否有操作可以進行，如此反覆；否則，若有任意一個裝置就緒，select/poll都立即返回。

　　我們編寫一個使用者態應用程式來測試改寫後的驅動。程式中要用到BSD Unix中引入的select函數，其原型為：

int select(int numfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

　　其中readfds、writefds、exceptfds分別是被select()監視的讀、寫和異常處理的檔案描述符集合，numfds的值是需要檢查的號碼最高的檔案描述符加1。timeout參數是一個指向struct timeval類型的指標，它可以使select()在等待timeout時間後若沒有檔案描述符準備好則返回。struct timeval資料結構為：

struct timeval { 　　int tv_sec; /* seconds */ 　　int tv_usec; /* microseconds */ };

　　除此之外，我們還將使用下列API：

　　FD_ZERO(fd_set *set)――清除一個檔案描述符集；
　　FD_SET(int fd,fd_set *set)――將一個檔案描述符加入檔案描述符集中；
　　FD_CLR(int fd,fd_set *set)――將一個檔案描述符從檔案描述符集中清除；
　　FD_ISSET(int fd,fd_set *set)――判斷檔案描述符是否被置位。

　　下面的使用者態測試程式等待/dev/globalvar可讀，但是設定了5秒的等待逾時，若超過5秒仍然沒有資料可讀，則輸出"No data within 5 seconds"：

#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <sys/time.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> main() { 　int fd, num; 　fd_set rfds; 　struct timeval tv; 　fd = open("/dev/globalvar", O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR); 　if (fd != - 1) 　{ 　　while (1) 　　{ 　　　//查看globalvar是否有輸入 　　　FD_ZERO(&rfds); 　　　FD_SET(fd, &rfds); 　　　//設定逾時時間為5s 　　　tv.tv_sec = 5; 　　　tv.tv_usec = 0; 　　　select(fd + 1, &rfds, NULL, NULL, &tv); 　　　//資料是否可獲得？ 　　　if (FD_ISSET(fd, &rfds)) 　　　{ 　　　　read(fd, &num, sizeof(int)); 　　　　printf("The globalvar is %d/n", num); 　　　　//輸入為0，退出 　　　　if (num == 0) 　　　　{ 　　　　　close(fd); 　　　　　break; 　　　　} 　　　} 　　　else 　　　　printf("No data within 5 seconds./n"); 　　} 　} 　else 　{ 　　printf("device open failure/n"); 　} }

　　開兩個終端，分別運行程式：一個對globalvar進行寫，一個用上述程式對globalvar進行讀。當我們在寫終端給globalvar輸入一個值後，讀終端立即就能輸出該值，當我們連續5秒沒有輸入時，"No data within 5 seconds"在讀終端被輸出，如：