【微代码】Linux同步机制complete基本用法，以及如何封装一个内核态sleep的工具函数ksleep？

原创 已于 2024-12-27 08:18:42 修改 · 484 阅读 · 1 ·
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#linux #服务器 #complete

于 2024-06-28 23:49:00 首次发布

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背景

Linux提供了多种同步机制，其中complete就是一种。complete能够阻塞等待状态同步，并且等待对方释放中会调用schedule让出CPU。如果想在内核中等待一个固定时长继续执行他是一个非常不错的选择。有点类似用户态的sleep功能

基本代码和用法

//头文件
#include <linux/completion.h>

//定义
struct completion	done;

//初始化
init_completion(&done);

// 两种等待方式-在上下文a中进行
wa
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Linux内核宏--complete介绍
MHD0815的博客
05-06 1359
complete`宏的定义位于`<linux/completion.h>`头文件中，其基本形式如下：```cdo { \else \```该宏接受一个指向`struct completion`类型的变量作为参数。当调用`complete`时，它会：1. **增加完成计数**：将传递的`struct completion`结构体中的`done`字段值加1，表示有一个事件完成了。
Linux内核进程,线程,进程组,会话组织模型以及进程管理
tugouxp的专栏
11-27 2924
唤醒睡眠状态任意的线程可以用wake_up_process,它可和唤醒处于深度睡眠状态的线程。结合最开始的图和代码，我们可以得到如下结论：1.kthead衍生的内核线程没有session pid,说人话就是所有的内核线程没有都没有操作控制台，不能通过控制台去操作控制。2.idle任务不会出现在for_each_process的处理循环中。3.每cpu_rq就绪队列中，不会将idle统计到nr_running中。
linux同步机制-complete
DSP小胖的博客
03-29 2262
linux驱动程序中可以使用的同步机制有很多，这里只介绍complete机制。 1. 什么是complete? completion，它用于一个执行单元等待另一个执行单元执行完某事。Linux系统中与completion相关的操作主要有以下4种: (1) 定义completion struct completion my_completion; (2) 初始化completion init_completion(&my_...
linux complete,Linux内核API complete_all
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05-25 802
complete_all函数功能描述：此函数主要用于唤醒等待队列中的所有的睡眠进程，并能更改等待队列被唤醒的次数，唤醒次数保存在参数的done字段中，函数设置字段done的值为在done原值的基础上加上UINT_MAX的二分之一，其中UINT_MAX内核的定义值为：#def ine UINT_MAX(～0U)，值为4294967295。此函数实现唤醒等待队列中的进程通过调用函数__wake_up_...
linux 同步机制之complete
oqqYuJi12345678的博客
10-31 887
在Linux内核中，completion是一种简单的同步机制，标志"things may proceed"。 要使用completion，必须在文件中包含<linux/completion.h>，同时创建一个类型为struct completion的变量。 1 结构与初始化 Completion在内核中的实现基于等待队列，completion结构很简单： struct com...
Linux Kernel Complete
寒霜落叶YIO的博客
11-28 1165
Linux Kernel Complete实现详细解析
3、Linux内核同步机制与工作延迟机制深度解析
最新发布
alice7model的博客
09-13 16
本文深入解析了Linux内核中的同步机制与工作延迟机制。内容涵盖互斥锁与自旋锁的使用规范、完成项和等待队列的任务阻塞与唤醒原理，以及软中断、小任务和工作队列的工作延迟技术。详细分析了软中断的激活流程、执行限制及ksoftirqd线程的作用，并提供了不同场景下延迟机制的选择建议，帮助开发者编写高效稳定的设备驱动程序。
3、Linux内核同步机制与工作延迟机制详解
p1q2r的博客
08-02 57
本文详细解析了Linux内核中的同步机制与工作延迟机制，包括内核锁定API中的尝试锁定方法、等待完成与状态变化的机制、等待队列的使用，以及软中断、小任务和工作队列三种延迟执行机制。通过对比它们的特点和适用场景，帮助开发者在实际开发中选择合适的机制以提升系统性能和稳定性。
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08-03 69
本文深入解析了Linux内核的发展历程与创新成果，重点介绍了与性能相关的改进，如调度算法、I/O调度、TCP拥塞控制等。同时详细探讨了Linux性能监控工具的分类与使用场景，包括固定计数器、性能分析、跟踪和监控工具，并结合实际示例展示了如何使用sar、perf、bpftrace等工具进行系统性能分析与优化。文章最后给出了性能优化建议，帮助读者更好地管理和提升Linux系统的性能。
linux2.6.32_complete(完成量）
carltraveler的专栏
07-08 725
/*1，完成量的核心是排他性的不可中断的等待队列节点。       由代码可知，它类似FIFO性质，complete唤醒的总是先wait的进程       从这里可以加深对kthread的细节理解*/#include   //从这个头文件可看出，完成量是和等待队列有密切的联系#d
linux complete同步机制 一
yuantian2987的专栏
10-17 2423
Linux系统提供了一种比信号量更好的同步机制，即completion，它用于一个执行单元等待另一个执行单元执行完某事。Linux系统中与completion相关的操作主要有以下4种:       (1) 定义completion           struct completion my_completion;       (2) 初始化completion           ini
complete linux中文版,complete
weixin_31159439的博客
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In Linux, while typing a command if you press TAB twice, it would list all available commands that starts with typed characters.This is nothing new, probably you already know about this. Thisfunctiona...
Linux |奇怪的知识---complete命令---你不知道的命令参数补全---kubectl命令的参数补全
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10-30 3271
complete命令定义命令或者脚本内的方法的参数自动补全内容是什么（例如，定义某个命令的参数---可以是目录，可以是其它的命令，可以是一个词组，可以是一个脚本内的函数名。命令的参数补全意义是比较重大的，通过命令的参数补全功能我们可以快速的上手命令，并对命令的使用加深记忆，这种情况尤其适用于像kubelet这样的参数非常多的命令。complete -p 命令---查询命令的complete参数补全设置。complete -c 命令---设置命令的参数为命令。命令参数补全主要是三个地方的脚本。
Linux complete的使用记录
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06-08 1877
之前使用complete的时候，程序总是wait_for_completion函数先执行，并且每次只有一个wait_for_completion在等待，因此对于complete函数也没有太多的深入了解。后面再次需要使用这个功能的时候，想到如果wait_for_completion函数在complete之后执行会出现上面问题？ 结论：如果wait_for_completion函数在complete之后执行，那么执行wait_for_completion函数时，添加就直接满足，不会再等待complete函数的
浅析Linux内核同步机制之completion
m0_74282605的博客
12-10 159
这个活动可能是，创建一个新的内核线程或者新的用户空间进程、对一个已有进程的某个请求，或者某种类型的硬件动作，等等。不看内核实现的源代码我们也能想到他的实现，不外乎在wait函数中循环等待done变为可用（正），而另一边的complete函数为唤醒函数，当然是将done加一，唤醒待处理的函数。2， insmod complete.ko 插入驱动模块，这里要注意的是，因为我们的代码中是手动分配的设备号，很可能被系统已经使用了，所以如果出现这种情况，查看/proc/devices文件。找一个没有被使用的设备号。
Linux complete command reference
TopMVP
08-19 701
版权声明：原创作品，允许转载，转载时请务必以超链接形式标明文章原始出版、作者信息和本声明。否则将追究法律责任。http://blog.youkuaiyun.com/topmvp - topmvpCompiled by Red Hat Software, Inc., the company that has assembled the most popular x86 installation of Linux
Completion机制讲解
FangsTun的博客
11-04 860
Completion机制详解
Linux内核同步原语机制--completion（完成）机制相关函数
MHD0815的博客
03-12 859
在Linux内核中，completion（完成）机制提供了一种同步原语，允许一个或多个线程等待某个特定的事件发生。它通常用于线程之间的同步，特别是在一个线程需要等待另一个线程完成某项任务时。通常，你需要确保对completion变量的访问是原子的，以避免潜在的竞态条件。这是一个宏，用于声明一个completion变量。，但会唤醒所有等待该completion的线程，而不仅仅是唤醒一个。类似，但如果线程在等待过程中收到信号，它会被唤醒并返回-EINTR。代表执行实际工作的线程，当工作完成时，它调用。
linux 内核同步机制之complete
u014426028的博客
08-17 1172
在Linux内核中，completion是一种简单的同步机制，标志"things may proceed"。 要使用completion，必须在文件中包含<linux/completion.h>，同时创建一个类型为struct completion的变量。 这个变量可以静态地声明和初始化： DECLARE_COMPLETION(my_comp); 或者动态初始化： struct completion my_comp; init_compl.
如何在Linux内核中实现异步事件通知机制？
06-15
<think>我们正在讨论Linux内核中的异步事件通知机制。根据引用内容，异步通知是一种事件驱动的机制，类似于硬件中断，当某个事件发生时（例如设备就绪），内核会主动通知用户空间进程，而不需要进程不断轮询状态。在Linux中，常见的异步通知机制包括信号（signal）、异步I/O（AIO）以及epoll等。参考引用：[^1]:提到异步机制是一种理念，具体实现包括信号和epoll。[^2]:提到在设备驱动程序中，异步通知用于及时通知用户空间进程事件发生。[^3]:展示如何通过fcntl设置FASYNC标志来开启异步通知。[^4]:解释异步通知类似于中断，是软件层次对中断的模拟。下面我们将详细介绍Linux内核中实现异步事件通知机制的方法，特别是从设备驱动程序的角度。###一、异步通知的基本概念异步通知的核心是：当设备有事件发生（例如有数据到达）时，驱动程序主动发送一个信号（signal）给用户空间的进程。用户空间进程需要事先注册对该信号的处理器，并在驱动程序中开启异步通知模式。###二、实现步骤####1.用户空间设置用户空间进程需要做以下三件事：1.注册信号处理函数：使用`signal()`或`sigaction()`系统调用为特定信号（如SIGIO）设置处理函数。2.指定进程为文件的拥有者：使用`fcntl(fd,F_SETOWN,getpid())`，这样内核才知道将信号发送给哪个进程。3.开启异步通知：使用`fcntl(fd,F_SETFL,fcntl(fd,F_GETFL)|FASYNC)`，这样驱动程序中的`fasync`函数将被调用。示例代码（用户空间）：```c#include<signal.h>#include<fcntl.h>#include<unistd.h>voidsignal_handler(intsigno){//处理信号，例如读取设备}intmain(){intfd=open("/dev/mydevice",O_RDWR);//1.注册信号处理函数signal(SIGIO,signal_handler);//2.设置当前进程为拥有者fcntl(fd,F_SETOWN,getpid());//3.开启异步通知intflags=fcntl(fd,F_GETFL);fcntl(fd,F_SETFL,flags|FASYNC);while(1){//主循环可以执行其他任务，当信号到来时，信号处理函数会被调用sleep(1);}return0;}```####2.驱动程序实现在驱动程序中，需要实现以下步骤：1.**定义`structfasync_struct`指针**：该结构用于管理注册了异步通知的进程。2.**实现`fasync`方法**：在驱动的`file_operations`结构中包含`.fasync`成员，指向一个函数，该函数调用`fasync_helper`来添加或删除异步通知的进程。3.**在事件发生时发送信号**：当设备有事件发生时（例如中断处理中），调用`kill_fasync()`函数发送信号（通常是SIGIO）给注册的进程。示例代码（驱动程序）：```c#include<linux/fs.h>#include<linux/fcntl.h>#include<linux/signal.h>#include<linux/fasync.h>structmy_device{structfasync_struct*async_queue;//异步通知队列//其他设备特定数据};staticintmydevice_fasync(intfd,structfile*filp,inton){structmy_device*dev=filp->private_data;returnfasync_helper(fd,filp,on,&dev->async_queue);}//设备的中断处理函数或事件触发函数staticirqreturn_tmydevice_interrupt(intirq,void*dev_id){structmy_device*dev=dev_id;//处理中断...//发送信号给注册异步通知的进程if(dev->async_queue){kill_fasync(&dev->async_queue,SIGIO,POLL_IN);}returnIRQ_HANDLED;}//在file_operations中设置staticconststructfile_operationsmydevice_fops={.owner=THIS_MODULE,.fasync=mydevice_fasync,//其他操作...};```####3.释放资源当文件关闭时，需要从异步通知列表中移除进程。在驱动的`release`方法中调用`fasync`方法，传入`on=0`。```cstaticintmydevice_release(structinode*inode,structfile*filp){//移除异步通知mydevice_fasync(-1,filp,0);//其他清理工作...return0;}```###三、其他异步机制除了上述基于信号的异步通知，Linux内核还提供其他异步机制：1.**epoll**：用于高效监控多个文件描述符的事件，当文件描述符就绪时，通过回调机制通知用户进程[^1]。2.**异步I/O（AIO）**：允许用户进程发起I/O操作后立即返回，当I/O操作完成时通过信号、回调函数或事件通知进程[^2]。###四、注意事项-**信号的选择**：通常使用SIGIO，但也可以使用其他实时信号（如SIGRTMIN+1）以避免信号丢失。-**性能考虑**：信号是异步的，但信号处理函数的执行时间应尽量短，以免影响程序其他部分。-**线程安全**：在驱动中，异步通知队列（`async_queue`）的访问需要同步（例如使用自旋锁），因为中断上下文和进程上下文可能同时访问。###总结在Linux内核中实现异步事件通知机制，主要步骤包括：1.用户空间注册信号处理函数并设置FASYNC标志。2.驱动程序中实现fasync方法，并在事件发生时调用`kill_fasync`发送信号。3.在文件关闭时清理异步通知列表。这种机制使得用户空间进程无需轮询即可及时响应设备事件，提高了系统效率。§§相关问题§§1.Linux中信号处理有哪些注意事项？2.如何在内核驱动中实现epoll支持？3.异步I/O（AIO）在内核中是如何工作的？4.设备驱动中的中断处理与异步通知有何关系？5.如何确保异步通知机制在多进程环境中的正确性？</think>### Linux内核中实现异步事件通知机制的方法 在Linux内核中实现异步事件通知机制的核心是**基于事件驱动的编程模型**，当特定事件发生时主动通知接收方，而非被动轮询。以下是关键实现方法： --- #### 一、核心机制与原理 1. **信号机制（Signals）** - 软件层面对硬件中断的模拟，当事件发生时发送预定义信号（如SIGIO）给进程 - 用户空间通过`signal()`或`sigaction()`注册信号处理函数 - 驱动层使用`kill_fasync()`触发信号[^1][^4] 2. **文件操作标志（FASYNC）** - 通过`fcntl()`设置FASYNC标志启用异步通知： ```c int flags = fcntl(fd, F_GETFL); fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC); // 开启异步通知[^3] ``` - 设置后，设备就绪时自动发送SIGIO信号 --- #### 二、驱动层实现步骤 1. **定义fasync_struct结构** ```c #include <linux/fs.h> #include <linux/fasync.h> struct my_device { struct fasync_struct *async_queue; // 异步通知队列 // 其他设备数据... }; ``` 2. **实现fasync操作** ```c static int my_fasync(int fd, struct file *filp, int on) { struct my_device *dev = filp->private_data; return fasync_helper(fd, filp, on, &dev->async_queue); } ``` 3. **在file_operations中注册** ```c static const struct file_operations my_fops = { .fasync = my_fasync, .release = my_release, // 其他操作... }; ``` 4. **事件触发通知** 当设备事件发生时（如中断处理中）： ```c if (dev->async_queue) kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN); ``` 5. **资源释放** ```c static int my_release(struct inode *inode, struct file *filp) { my_fasync(-1, filp, 0); // 移除异步通知 // 其他清理... } ``` --- #### 三、用户空间对接 1. **设置信号处理器** ```c #include <signal.h> void sigio_handler(int sig) { // 处理异步事件 } int main() { signal(SIGIO, sigio_handler); // ... } ``` 2. **绑定进程所有权** ```c fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); // 指定接收信号的进程 ``` --- #### 四、高级异步机制 1. **epoll机制** - 高效管理多个文件描述符 - 使用`epoll_create()`创建实例，`epoll_ctl()`注册事件 - 驱动需实现`poll`操作[^1] 2. **异步I/O（AIO）** - 内核级异步I/O接口 - 使用`io_submit()`提交请求 - 通过回调或信号通知完成状态[^2] 3. **完成接口（completion）** - 内核线程间异步通知 ```c DECLARE_COMPLETION(comp); complete(&comp); // 发送完成事件 wait_for_completion(&comp); // 等待事件 ``` --- #### 五、关键注意事项 1. **线程安全** - 使用自旋锁保护`async_queue`：`spin_lock_irqsave()` - 避免中断上下文中的阻塞操作 2. **性能优化** - 合并高频事件通知 - 使用`POLLPRI`标记紧急事件 - 避免信号风暴（信号队列溢出） 3. **多进程支持** - 通过`F_SETOWN_EX`指定进程组 - 使用`SIGEV_THREAD`实现线程通知 > 典型应用场景：网络设备数据到达通知[^2]、传感器数据就绪事件、高精度定时器到期提醒等。 ---
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