## 5.4.?Completions 機制
內核編程的一個普通模式包括在當前線程之外初始化某個動作, 接著等待這個動作結束. 這個動作可能是創建一個新內核線程或者用戶空間進程, 對一個存在著的進程的請求, 或者一些基于硬件的動作. 在這些情況中, 很有誘惑去使用一個旗標來同步 2 個任務, 使用這樣的代碼:
~~~
struct semaphore sem;
init_MUTEX_LOCKED(&sem);
start_external_task(&sem);
down(&sem);
~~~
外部任務可以接著調用 up(??sem), 在它的工作完成時.
事實證明, 這種情況旗標不是最好的工具. 正常使用中, 試圖加鎖一個旗標的代碼發現旗標幾乎在所有時間都可用; 如果對旗標有很多競爭, 性能會受損并且加鎖方案需要重新審視. 因此旗標已經對"可用"情況做了很多的優化. 當用上面展示的方法來通知任務完成, 然而, 調用 down 的線程將幾乎是一直不得不等待; 因此性能將受損. 旗標還可能易于處于一個( 困難的 ) 競爭情況, 如果它們表明為自動變量以這種方式使用時. 在一些情況中, 旗標可能在調用 up 的進程用完它之前消失.
這些問題引起了在 2.4.7 內核中增加了 "completion" 接口. completion 是任務使用的一個輕量級機制: 允許一個線程告訴另一個線程工作已經完成. 為使用 completion, 你的代碼必須包含 <linux/completion.h>. 一個 completion 可被創建, 使用:
~~~
DECLARE_COMPLETION(my_completion);
~~~
或者, 如果 completion 必須動態創建和初始化:
~~~
struct completion my_completion;
/* ... */
init_completion(&my_completion);
~~~
等待 completion 是一個簡單事來調用:
~~~
void wait_for_completion(struct completion *c);
~~~
注意這個函數進行一個不可打斷的等待. 如果你的代碼調用 wait_for_completion 并且沒有人完成這個任務, 結果會是一個不可殺死的進程.[[18](#)]
另一方面, 真正的 completion 事件可能通過調用下列之一來發出:
~~~
void complete(struct completion *c);
void complete_all(struct completion *c);
~~~
如果多于一個線程在等待同一個 completion 事件, 這 2 個函數做法不同. complete 只喚醒一個等待的線程, 而 complete_all 允許它們所有都繼續. 在大部分情況下, 只有一個等待者, 這 2 個函數將產生一致的結果.
一個 completion 正常地是一個單發設備; 使用一次就放棄. 然而, 如果采取正確的措施重新使用 completion 結構是可能的. 如果沒有使用 complete_all, 重新使用一個 completion 結構沒有任何問題, 只要對于發出什么事件沒有模糊. 如果你使用 complete_all, 然而, 你必須在重新使用前重新初始化 completion 結構. 宏定義:
~~~
INIT_COMPLETION(struct completion c);
~~~
可用來快速進行這個初始化.
作為如何使用 completion 的一個例子, 考慮 complete 模塊, 它包含在例子源碼里. 這個模塊使用簡單的語義定義一個設備: 任何試圖從一個設備讀的進程將等待(使用 wait_for_completion)直到其他進程向這個設備寫. 實現這個行為的代碼是:
~~~
DECLARE_COMPLETION(comp);
ssize_t complete_read (struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
{
printk(KERN_DEBUG "process %i (%s) going to sleep\n",current->pid, current->comm);
wait_for_completion(&comp);
printk(KERN_DEBUG "awoken %i (%s)\n", current->pid, current->comm);
return 0; /* EOF */
}
ssize_t complete_write (struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
{
printk(KERN_DEBUG "process %i (%s) awakening the readers...\n", current->pid, current->comm);
complete(&comp);
return count; /* succeed, to avoid retrial */
}
~~~
有多個進程同時從這個設備"讀"是有可能的. 每個對設備的寫將確切地使一個讀操作完成, 但是沒有辦法知道會是哪個.
completion 機制的典型使用是在模塊退出時與內核線程的終止一起. 在這個原型例子里, 一些驅動的內部工作是通過一個內核線程在一個 while(1) 循環中進行的. 當模塊準備好被清理時, exit 函數告知線程退出并且等待結束. 為此目的, 內核包含一個特殊的函數給線程使用:
~~~
void complete_and_exit(struct completion *c, long retval);
~~~
[[18](#)] 在本書編寫時, 添加可中斷版本的補丁已經流行但是還沒有合并到主線中.
- Linux設備驅動第三版
- 第 1 章 設備驅動簡介
- 1.1. 驅動程序的角色
- 1.2. 劃分內核
- 1.3. 設備和模塊的分類
- 1.4. 安全問題
- 1.5. 版本編號
- 1.6. 版權條款
- 1.7. 加入內核開發社團
- 1.8. 本書的內容
- 第 2 章 建立和運行模塊
- 2.1. 設置你的測試系統
- 2.2. Hello World 模塊
- 2.3. 內核模塊相比于應用程序
- 2.4. 編譯和加載
- 2.5. 內核符號表
- 2.6. 預備知識
- 2.7. 初始化和關停
- 2.8. 模塊參數
- 2.9. 在用戶空間做
- 2.10. 快速參考
- 第 3 章 字符驅動
- 3.1. scull 的設計
- 3.2. 主次編號
- 3.3. 一些重要數據結構
- 3.4. 字符設備注冊
- 3.5. open 和 release
- 3.6. scull 的內存使用
- 3.7. 讀和寫
- 3.8. 使用新設備
- 3.9. 快速參考
- 第 4 章 調試技術
- 4.1. 內核中的調試支持
- 4.2. 用打印調試
- 4.3. 用查詢來調試
- 4.4. 使用觀察來調試
- 4.5. 調試系統故障
- 4.6. 調試器和相關工具
- 第 5 章 并發和競爭情況
- 5.1. scull 中的缺陷
- 5.2. 并發和它的管理
- 5.3. 旗標和互斥體
- 5.4. Completions 機制
- 5.5. 自旋鎖
- 5.6. 鎖陷阱
- 5.7. 加鎖的各種選擇
- 5.8. 快速參考
- 第 6 章 高級字符驅動操作
- 6.1. ioctl 接口
- 6.2. 阻塞 I/O
- 6.3. poll 和 select
- 6.4. 異步通知
- 6.5. 移位一個設備
- 6.6. 在一個設備文件上的存取控制
- 6.7. 快速參考
- 第 7 章 時間, 延時, 和延后工作
- 7.1. 測量時間流失
- 7.2. 獲知當前時間
- 7.3. 延后執行
- 7.4. 內核定時器
- 7.5. Tasklets 機制
- 7.6. 工作隊列
- 7.7. 快速參考
- 第 8 章 分配內存
- 8.1. kmalloc 的真實故事
- 8.2. 后備緩存
- 8.3. get_free_page 和其友
- 8.4. 每-CPU 的變量
- 8.5. 獲得大量緩沖
- 8.6. 快速參考
- 第 9 章 與硬件通訊
- 9.1. I/O 端口和 I/O 內存
- 9.2. 使用 I/O 端口
- 9.3. 一個 I/O 端口例子
- 9.4. 使用 I/O 內存
- 9.5. 快速參考
- 第 10 章 中斷處理
- 10.1. 準備并口
- 10.2. 安裝一個中斷處理
- 10.3. 前和后半部
- 10.4. 中斷共享
- 10.5. 中斷驅動 I/O
- 10.6. 快速參考
- 第 11 章 內核中的數據類型
- 11.1. 標準 C 類型的使用
- 11.2. 安排一個明確大小給數據項
- 11.3. 接口特定的類型
- 11.4. 其他移植性問題
- 11.5. 鏈表
- 11.6. 快速參考
- 第 12 章 PCI 驅動
- 12.1. PCI 接口
- 12.2. 回顧: ISA
- 12.3. PC/104 和 PC/104+
- 12.4. 其他的 PC 總線
- 12.5. SBus
- 12.6. NuBus 總線
- 12.7. 外部總線
- 12.8. 快速參考
- 第 13 章 USB 驅動
- 13.1. USB 設備基礎知識
- 13.2. USB 和 sysfs
- 13.3. USB 的 Urbs
- 13.4. 編寫一個 USB 驅動
- 13.5. 無 urb 的 USB 傳送
- 13.6. 快速參考
- 第 14 章 Linux 設備模型
- 14.1. Kobjects, Ksets 和 Subsystems
- 14.2. 低級 sysfs 操作
- 14.3. 熱插拔事件產生
- 14.4. 總線, 設備, 和驅動
- 14.5. 類
- 14.6. 集成起來
- 14.7. 熱插拔
- 14.8. 處理固件
- 14.9. 快速參考
- 第 15 章 內存映射和 DMA
- 15.1. Linux 中的內存管理
- 15.2. mmap 設備操作
- 15.3. 進行直接 I/O
- 15.4. 直接內存存取
- 15.5. 快速參考
- 第 16 章 塊驅動
- 16.1. 注冊
- 16.2. 塊設備操作
- 16.3. 請求處理
- 16.4. 一些其他的細節
- 16.5. 快速參考
- 第 17 章 網絡驅動
- 17.1. snull 是如何設計的
- 17.2. 連接到內核
- 17.3. net_device 結構的詳情
- 17.4. 打開與關閉
- 17.5. 報文傳送
- 17.6. 報文接收
- 17.7. 中斷處理
- 17.8. 接收中斷緩解
- 17.9. 連接狀態的改變
- 17.10. Socket 緩存
- 17.11. MAC 地址解析
- 17.12. 定制 ioctl 命令
- 17.13. 統計信息
- 17.14. 多播
- 17.15. 幾個其他細節
- 17.16. 快速參考
- 第 18 章 TTY 驅動
- 18.1. 一個小 TTY 驅動
- 18.2. tty_driver 函數指針
- 18.3. TTY 線路設置
- 18.4. ioctls 函數
- 18.5. TTY 設備的 proc 和 sysfs 處理
- 18.6. tty_driver 結構的細節
- 18.7. tty_operaions 結構的細節
- 18.8. tty_struct 結構的細節
- 18.9. 快速參考