Linux 设备驱动--- 内核等待队列 --- wait_queue_head --- wait_event_interruptible --- 按键驱动程序优化

最新推荐文章于 2024-04-10 07:15:00 发布

疯狂的胡萝卜

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本文深入解析Linux系统中等待队列的使用与优化，包括其定义、初始化、睡眠与唤醒操作，以及在按键驱动程序中的具体应用实例。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

等待队列：
在 Linux 驱动程序设计中，可以使用等待队列来实现进程的阻塞.

等待队列可以看作保存进程的容器，在阻塞进程时，将进程放入等待队列；

当唤醒进程时，从等待队列中取出进程.

等待队列的定义和初始化 wait_queue_head_t DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD ：
Linux 2.6 内核提供了如下关于等待队列的操作：

1，定义等待队列.
wait_queue_head_t my_queue

2，初始化等待队列.
init_waitqueue_head ( &my_queue )

3，定义并初始化等待队列.
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD ( my_queue )

等待队列的睡眠 wait_event_interruptible ：
有条件睡眠：
1， wait_event ( queue , condition )

当 condition ( 一个布尔表达式 ) 为真，立即返回；否则让进程进入 TASK_UNINTERRUPTIBLE 模式

睡眠，并挂在 queue 参数所指定的等待队列上.

2， wait_event_interruptible ( queue , condition )

当 condition ( 一个布尔表达式 ) 为真，立即返回；否则让进程进入 TASK_INTERRUPTIBLE 模式

睡眠，并挂在 queue 参数所指定的等待队列上.

3， int wait_event_killable ( wait_queue_t queue , condition )

当 condition ( 一个布尔表达式 ) 为真，立即返回；否则让进程进入 TASK_KILLABLE 模式

睡眠，并挂在 queue 参数所指定的等待队列上.

无条件睡眠：
( 老版本，不建议使用 )

sleep_on ( wait_queue_head_t *q )

让进程进入不可中断的睡眠，并把它放入等待队列 q.

interruptible_sleep_on ( wait_queue_head_t *q )

让进程进入可中断的睡眠，并把它放入等待队列 q.

等待队列中唤醒进程 wake_up ：
wake_up ( wait_queue_t *q )

从等待队列 q 中唤醒状态为 TASKUNINTERRUPTIBLE ，TASK_INTERRUPTIBLE ，TASK_KILLABLE

的所有进程.

wake_up_interruptible ( wait_queue_t *q )

从等待队列 q 中唤醒状态为 TASK_INTERRUPTIBLE 的进程.

实例 --- 按键驱动程序优化：
下面列出一个实例，方便理解和使用等待队列：

比如我们在编写按键驱动程序的时候，我们的应用程序采用 while(1) 一直去 read 按键值，这样的话 CPU 消耗占用过大；

所以，我们采用等待队列来优化按键驱动程序：

首先定义并且初始化等待队列：
在程序开头定义并且初始化等待队列 DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD ：

static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);

并定义一个 static volatile 变量：
static volatile int ev_press = 0;

然后在 read 方法中将等待队列睡眠：
在有按键按下的时候，读取按键值；

在没有按键按下的情况下将等待队列睡眠睡眠 wait_event_interruptible ：

static int tq2440_irq_read(struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp)
{
   unsigned long err;

   if (!ev_press)
   {
       if (filp->f_flags & O_NONBLOCK)
           return -EAGAIN;
       else
           wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);
   }

   ev_press = 0;

   err = copy_to_user(buff, (const void *)key_values, min(sizeof(key_values), count));

   return err ? -EFAULT : min(sizeof(key_values), count);
}

再在中断服务程序中唤醒等待队列：
在中断服务程序中唤醒等待队列 wake_up_interruptible ：

在按键按下时，进入中断服务程序，在这时候将等待队列唤醒：

static irqreturn_t irq_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
   struct button_irq_desc *button_irqs = (struct button_irq_desc *)dev_id;
   int down;

   down = !s3c2410_gpio_getpin(button_irqs->pin);

   if (down != (key_values[button_irqs->number] & 1))
   {
       key_values[button_irqs->number] = '0' + down;
       ev_press = 1;
       wake_up_interruptible(&button_waitq);
   }

   return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

通过对 static volatile int ev_press 变量的值判断，来确定等待队列是睡眠还是马上读取键值 .

测试 --- 按键驱动程序：
1，insmod 驱动；

2，在后台运行测试应用程序：

3，ps 命令查看应用程序状态：
buttons stat 状态为 sleep;

4，cat /proc/interrupts 命令看中断有没有被申请：
看各个按键的中断有没有被申请 KEY1-4 ：

5，测试按键：

wait_event_timeout(wq, condition, timeout)

表示的有以下两个意思：

（1）当condition为真的时候，会返回

（2）当timeout到达时也会返回，不管此时condition为真为假都会返回

此时接着执行wait_event_timeout之后的代码，只要退出wait_event_timeout，进程就被置为TASK_RUNNING（因为源码中，在退出函数时，会调用到__set_current_state(TASK_RUNNING);）

这个函数是将进程睡眠，置状态为TASK_UNINTERRUPTIBLE直到condition为真，每一次调用唤醒函数wake_up时都会检查condition，condition为假就继续等待，每次改变任何会导致condition变化的变量时候，都会调用wake_up()