Linux设备驱动编程之poll()函数原理

长平狐 发布于 2012/09/03 12:45
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阻塞操作是指,在执行设备操作时,若不能获得资源,则进程挂起直到满足可操作的条件再进行操作。非阻塞操作的进程在不能进行设备操作时,并不挂起。被挂起的进程进入sleep状态,被从调度器的运行队列移走,直到等待的条件被满足。

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关于上述例程,我们补充说一点,如果将驱动程序中的read函数改为:

static ssize_t globalvar_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t *off)
{
//获取信号量:可能阻塞
if (down_interruptible(&sem))
{
return - ERESTARTSYS;
}

//等待数据可获得:可能阻塞
if (wait_event_interruptible(outq, flag != 0))
{
return - ERESTARTSYS;
}
flag = 0;

//临界资源访问
if (copy_to_user(buf, &global_var, sizeof(int)))
{
up(&sem);
return - EFAULT;
}

//释放信号量
up(&sem);

return sizeof(int);
}


即交换wait_event_interruptible(outq, flag != 0)和down_interruptible(&sem)的顺序,这个驱动程序将变得不可运行。实际上,当两个可能要阻塞的事件同时出现时,即两个wait_event或down摆在一起的时候,将变得非常危险,死锁的可能性很大,这个时候我们要特别留意它们的出现顺序。当然,我们应该尽可能地避免这种情况的发生!

+还有一个与设备阻塞与非阻塞访问息息相关的论题,即select和poll,select和poll的本质一样,前者在BSD Unix中引入,后者在System V中引入。poll和select用于查询设备的状态,以便用户程序获知是否能对设备进行非阻塞的访问,它们都需要设备驱动程序中的poll函数支持。

驱动程序中poll函数中最主要用到的一个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函数所做的工作是把当前进程添加到wait参数指定的等待列表(poll_table)中。下面我们给globalvar的驱动添加一个poll函数:

static unsigned int globalvar_poll(struct file *filp, poll_table *wait)
{
unsigned int mask = 0;

poll_wait(filp, &outq, wait);

//数据是否可获得? 
if (flag != 0)
{
mask |= POLLIN | POLLRDNORM; //标示数据可获得
}
return mask;
}

需要说明的是,poll_wait函数并不阻塞,程序中poll_wait(filp, &outq, wait)这句话的意思并不是说一直等待outq信号量可获得,真正的阻塞动作是上层的select/poll函数中完成的。select/poll会在一个循环中对每个需要监听的设备调用它们自己的poll支持函数以使得当前进程被加入各个设备的等待列表。若当前没有任何被监听的设备就绪,则内核进行调度(调用schedule)让出cpu进入阻塞状态,schedule返回时将再次循环检测是否有操作可以进行,如此反复;否则,若有任意一个设备就绪,select/poll都立即返回。

我们编写一个用户态应用程序来测试改写后的驱动。程序中要用到BSD Unix中引入的select函数,其原型为:

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

其中readfds、writefds、exceptfds分别是被select()监视的读、写和异常处理的文件描述符集合,numfds的值是需要检查的号码最高的文件描述符加1。timeout参数是一个指向struct timeval类型的指针,它可以使select()在等待timeout时间后若没有文件描述符准备好则返回。struct timeval数据结构为: 

struct timeval 

int tv_sec; /* seconds */ 
int tv_usec; /* microseconds */ 
};

除此之外,我们还将使用下列API:

FD_ZERO(fd_set *set)――清除一个文件描述符集; 
FD_SET(int fd,fd_set *set)――将一个文件描述符加入文件描述符集中; 
FD_CLR(int fd,fd_set *set)――将一个文件描述符从文件描述符集中清除; 
FD_ISSET(int fd,fd_set *set)――判断文件描述符是否被置位。

下面的用户态测试程序等待/dev/globalvar可读,但是设置了5秒的等待超时,若超过5秒仍然没有数据可读,则输出"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是否有输入
FD_ZERO(&rfds);
FD_SET(fd, &rfds);
//设置超时时间为5s
tv.tv_sec = 5;
tv.tv_usec = 0;
select(fd + 1, &rfds, NULL, NULL, &tv);

//数据是否可获得?
if (FD_ISSET(fd, &rfds))
{
read(fd, &num, sizeof(int));
printf("The globalvar is %d\n", num);

//输入为0,退出
if (num == 0)
{
close(fd);
break;
}
}
else
printf("No data within 5 seconds.\n");
}
}
else
{
printf("device open failure\n");
}
}

开两个终端,分别运行程序:一个对globalvar进行写,一个用上述程序对globalvar进行读。当我们在写终端给globalvar输入一个值后,读终端立即就能输出该值,当我们连续5秒没有输入时,"No data within 5 seconds"在读终端被输出,如下图:

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原文链接:http://blog.csdn.net/hanchaoman/article/details/7444337
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