Completion机制讲解

本文详细介绍了Linux内核中的Completion机制,包括定义、初始化、等待完成、触发完成、超时处理和应用场景,如异步I/O、驱动程序事件和内核线程协同等,以提高系统效率和同步灵活性。

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一、Completion机制

1. 定义和初始化 completion 对象:

2. 初始化 completion 对象:

3. 等待 completion 的完成:

4. 触发 completion 完成:

5. 超时等待:

6. 销毁 completion 对象:

要点:

7. 内核中的应用场景:


一、Completion机制

Completion 机制是 Linux 内核中一种用于处理异步操作完成的机制。它通常用于等待某个事件、任务或操作的完成,并且能够在事件完成后通知等待的线程或者程序。completion机制的核心是 `struct completion` 结构体,它提供了一个等待队列和一组相关的函数,允许一个线程等待某个条件的发生。

以下是completion机制的关键概念和使用方法:

1. 定义和初始化 completion 对象:

在内核模块中,可以定义 `struct completion` 对象,通常在全局范围或者作为结构体的成员。

#include <linux/completion.h>

struct completion my_completion;

2. 初始化 completion 对象:

在使用 completion 之前,需要对其进行初始化。可以使用 `init_completion` 宏。

#include <linux/completion.h>

struct completion my_completion;

void init_completion_example(void) 
{
    init_completion(&my_completion);
}

3. 等待 completion 的完成:

一个线程可以通过 `wait_for_completion` 函数等待某个 completion 对象的完成。当 complete 函数被调用时,这个等待的线程将被唤醒。

#include <linux/completion.h>

struct completion my_completion;

void wait_for_completion_example(void)
{
    wait_for_completion(&my_completion);
    pr_info("Completion has been signaled!\n");
}

4. 触发 completion 完成:

另一个线程可以通过 complete 函数来触发某个 completion 对象的完成。这会唤醒所有正在等待的线程。

#include <linux/completion.h>

struct completion my_completion;

void complete_example(void) 
{
    pr_info("Completing...\n");
    complete(&my_completion);
}

5. 超时等待:

如果需要等待一段时间,可以使用 `wait_for_completion_timeout` 函数,它允许设置一个超时时间。

#include <linux/completion.h>

struct completion my_completion;

int wait_for_completion_timeout_example(unsigned long timeout) 
{
    return wait_for_completion_timeout(&my_completion, timeout);
}

6. 销毁 completion 对象:

当 completion 对象不再需要时,可以使用 `DECLARE_COMPLETION` 宏或者 `init_completion` 来重新初始化它。

#include <linux/completion.h>

struct completion my_completion;

void destroy_completion_example(void) 
{
    init_completion(&my_completion);  // 重新初始化 completion 对象
}

要点:

  • 阻塞机制:wait_for_completion 是一个阻塞调用。它会将调用线程置于睡眠状态,直到在关联的 completion 对象上调用了 complete

  • 异步协同:它提供了一种机制,使得内核的一个部分能够等待另一个部分完成一些工作或发出事件的信号。

  • 超时处理:带有 timeout 的函数允许在指定的时间限制内等待,防止无限期等待。

  • 多个等待者:多个线程可以等待同一个 completion 对象,并且它们都会在调用了 complete 时被唤醒。

  • 用于内核同步:它通常用于在内核中处理需要等待另一个线程活动完成的情况。

7. 内核中的应用场景:

  • 异步 I/O 操作: 允许一个线程等待另一个线程完成某个异步 I/O 操作。

  • 等待事件发生: 在驱动程序中,一个线程可以等待硬件中的某个事件发生,例如中断的到来。

  • 协同任务执行: 不同的内核线程之间可以使用 completion 机制协同执行某个任务的不同阶段。

  • 避免 Busy Waiting: 避免线程忙等待,提高系统效率。

Completion机制为内核线程提供了一种灵活的同步机制,使得线程能够等待某个事件或任务的完成,它允许内核中的线程在等待某个事件的完成时进入睡眠状态,以避免忙等待的情况。通过使用 Completion,内核线程可以更加有效地协同工作,避免了一些传统同步机制的繁琐性。这对于异步任务的协同工作非常有用,其中一个任务可以等待另一个任务的完成。这对于驱动程序和内核模块的设计非常重要,能够提高系统的性能和响应速度。

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