Linux设备驱动中的阻塞与非阻塞I/O模型

杂话篇：在学习Linux过程中，遇到很多困难，在大多数情况下，都是借助优快云网站解决的。后来，我也决定加入其中。一方面能够加深自己所学的知识，以后再遇到同样的问题也方便查找。另一方面，还能为更多的同道中人提供自己的微薄之力。

一：阻塞与非阻塞基本概念    

阻塞：在执行设备操作时，若不能获得资源，则挂起（该执行单元处于休眠状态，不占用CPU）直到满足可操作的条件再进行操作。 所以必须确保有唤醒执行单元的操作，否在该执行单元可真到此结束了。

    在驱动程序具有阻塞机制的情况下，我们的应用程序也应该添加O_NONBLOCK，比如open("/dev/xxx",O_RDRW|O_NONBLOC);

非阻塞：与阻赛相反，在对设备执行操作，若不能获得资源，立即返回，并不挂起。    

二     等待队列实现阻塞与非阻塞        

    在linux驱动程序中，可以使用等待队列来实现阻塞进程的唤醒。    

其相关函数如下：

第一个   定义 ”等待队列头部“    

wait_queue_head_t     my_queue   ;

第二个    初始化”定义等待队列头部“        

init_waitqueue_head(& my_queue );    

定义并初始化，也可用宏 DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(  my_queue )

第三个 定义等待队列元素

DECLARE_WAITQUEUE( name,tsk )    

第四个添加/移除等待队列    

void add_wait_queue(wait_queue_head_t *q,wait_queue_t *wait);        

void remove_wait_queue(wait_queue_head_t *q,wait_queue_t *wait);      

第五个 等待事件    

wait_event(queue,condition);    

wait_event_interruptible(queue,condition);    

wait_event_timeout(queue,condition,timeout);    

wait_event_interruptible_timeout(queue,condition,timeout);

    等待第一个参数queue作为等待队列头部的队列被唤醒，而且第二个参数condition必须满足，否则继续阻塞。  wait_enent和 wait_enent_interruptible的区别在于后者可以被信号打断，而前者不能。加上_timeout后意味着阻塞等待的超时时间，以jiffy为单位，在第三个参数的timeout到达时，不论condition是否满足，均返回。    

第六个 唤醒队列    

void wake_up(wait_queue_head_t *queue);    

void wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *queue);

 wake_up应该与wait_enent或wait_enent_timeout成对使用，wait_enent_interruptible应该与wake_up_interruptible或wait_event_interruptible_timeout成对使用.

三 轮询操作-----非阻塞I/O    

    使用非阻塞I/O的应用程序通常会使用select()和poll()系统调用查询是否可对设备进行无阻塞访问。select()和poll()系统调用最终会使设备中的poll()函数被执行。

    应用程序中的轮询编程    

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

    其中readfds,writefds,exceptfds,exceptfds分别是被select(）监视的读写，和异常处理的文件描述集合，numfds的值是需要检查的号码最高的fd加1。readfds文件集合中的任何一个文件变得可读，select()返回，同理，writefds文件集中任何一个文件变得可写，select也返回。    下面我们以一个具体的例子来详细说明。

//以下为poll驱动程序的编写

static unsigned xxx_poll(struct file *file, poll_table *wait)    

{

 unsigned int mask = 0;
 poll_wait(file, &button_waitq, wait); // 加入等待队列

 if (rfds)    //如果文件变为可读状态
  mask |= POLLIN | POLLRDNORM;     //标识数据可以读    

 if (wfds)    //如果文件变为可写状态

   mask |= POLLOUT| POLLRDNORM;     //则标识数据可以写

 return mask;
}

//以下为应用程序的编写

int main(int argc, char **argv)
{

/*xxxxxx其他代码省略，此为模板xxxxxx*/   

fd_set rfds,wfds; //读/写的文件描述集合
 fd = open("/dev/xxxxx", O_RDWR | O_NONBLOCK);   //以非阻塞I/O打开

  while (1)

 {
     FD_ZERO(&rfds);    //清零读

     FD_ZERO(&wfds);  //清零写

     FD_SET(fd,&rfds);   //设置读

     FD_SET(fd,&wfds);//设置写    

     select(fd+1,&rfds,&wfds,NULL,NULL);    //监控    

     if(FD_ISSET(fd,&rfds))   //数据可获得

               printf("POLL monitor :can be read\n");

      if(FD_ISSET(fd,&wfds))    //数据可写    

                printf("poll monitor :can be written\n");
 }
  return 0;
}

四 总结

阻塞与非阻塞访问是I/O操作的两种不同的工作模式，前者在暂时不可进行I/O操作时进程睡眠，后者则不然。

在设备驱动中阻塞I/O一般基于等待队列或者基于等待队列的其他linux内核API来实现，等待队列可用于同步驱动中事件发生的先后顺序。使用非阻塞I/O的应用程序也可借助轮询函数来查询设备是否能立即被访问，用户空间调用select(),poll()或者epoll()相关的系统调用来实现非阻塞I/O。