linux阻塞和休眠,Linux设备驱动之阻塞与非阻塞IO

Linux中的阻塞和休眠都是与进程或线程的状态相关的概念。

阻塞是指进程或线程在等待某个事件发生时，被挂起了，等待事件发生后才能继续执行。在Linux中，常见的阻塞方式有调用sleep()函数、等待信号量、等待I/O操作完成等。

休眠是指进程或线程主动让出CPU，挂起自己的执行并进入睡眠状态，直到某个事件唤醒它。在Linux中，常见的休眠方式有调用wait()函数、等待信号量、进入睡眠状态等。

在Linux设备驱动中，阻塞和非阻塞IO是一个常见的问题。阻塞IO是指当应用程序发起IO操作时，如果设备没有准备好数据或者无法立即完成IO操作，应用程序会一直等待，直到IO操作完成。相反，非阻塞IO是指应用程序发起IO操作时，如果设备没有准备好数据或者无法立即完成IO操作，应用程序会立即返回，可以继续执行其他操作。

在设备驱动中，如果使用阻塞IO，会导致内核线程被阻塞，从而无法响应其他请求，影响系统的性能。因此，在实现设备驱动时，通常会使用非阻塞IO或异步IO的方式来提高系统的性能。

相关问题

linux驱动的非阻塞实现步骤和实现原理

非阻塞IO是指在进行IO操作时，如果当前没有数据可读或者没有空闲空间可写，不会一直等待，而是立即返回一个错误码，让程序可以继续执行其他任务。

在Linux内核中，实现非阻塞IO的主要方法是使用异步IO和轮询机制。

异步IO的实现原理是：应用程序通过对文件描述符进行异步IO设置，当异步IO操作完成时，内核会向应用程序发送一个信号，应用程序可以在信号处理函数中读取数据或者进行其他操作。

轮询机制的实现原理是：应用程序通过对文件描述符进行设置，将其添加到轮询列表中，然后不断地轮询这个列表，检查其中的文件描述符是否可读或可写，如果可读或可写，则进行IO操作，否则继续轮询。

非阻塞IO的实现步骤如下：

1. 设置文件描述符为非阻塞模式，可以使用fcntl函数进行设置。

2. 在进行IO操作前，使用select或者poll函数对文件描述符进行轮询或者异步IO设置。

3. 在IO操作返回错误码时，根据错误码进行判断，如果是EAGAIN或者EWOULDBLOCK，则说明当前没有数据可读或者没有空闲空间可写，可以进行其他操作；如果是其他错误码，则可能是IO操作出错，需要进行错误处理。

需要注意的是，在使用非阻塞IO时，应用程序需要不断地进行轮询或者异步IO设置，否则可能会出现数据丢失或者延迟等问题。同时，非阻塞IO也会增加CPU的负载，因此需要进行合理的优化和调整。

Linux 平台下，如何让字符设备驱动支持阻塞与非阻塞 IO 模型，以 read 操 作为例，编写代码简要说明

要让字符设备驱动支持阻塞与非阻塞 IO 模型，需要在驱动的 file_operations 结构体中实现对应的函数，如 read 函数。下面是一个简单的示例代码，演示如何在 Linux 平台下实现阻塞与非阻塞 IO 模型。

#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/wait.h>

#define BUF_SIZE 1024

static char buffer[BUF_SIZE];
static int buffer_size = 0;
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(read_wait_queue);

static ssize_t chardev_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
    int ret;

    if (buffer_size == 0) {
        if (filp->f_flags & O_NONBLOCK) {
            return -EAGAIN;
        } else {
            // 阻塞等待数据
            wait_event_interruptible(read_wait_queue, buffer_size > 0);
        }
    }

    ret = copy_to_user(buf, buffer, buffer_size);
    if (ret) {
        return -EFAULT;
    }

    // 读取完毕，清空缓冲区
    buffer_size = 0;

    return count;
}

static ssize_t chardev_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
    int ret;

    if (count > BUF_SIZE) {
        return -EINVAL;
    }

    ret = copy_from_user(buffer, buf, count);
    if (ret) {
        return -EFAULT;
    }

    buffer_size = count;

    // 唤醒阻塞等待数据的进程
    wake_up_interruptible(&read_wait_queue);

    return count;
}

static struct file_operations chardev_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .read = chardev_read,
    .write = chardev_write,
};

static int __init chardev_init(void)
{
    int ret;

    ret = register_chrdev(0, "chardev", &chardev_fops);
    if (ret) {
        printk(KERN_ERR "Failed to register chardev\n");
        return ret;
    }

    printk(KERN_INFO "Chardev module loaded\n");

    return 0;
}

static void __exit chardev_exit(void)
{
    unregister_chrdev(0, "chardev");

    printk(KERN_INFO "Chardev module unloaded\n");
}

module_init(chardev_init);
module_exit(chardev_exit);

在这个示例代码中，我们实现了一个简单的字符设备驱动，支持阻塞与非阻塞 IO 模型。read 函数中，如果缓冲区中没有数据，而且打开文件时设置了 O_NONBLOCK 标志，那么直接返回 -EAGAIN，表示没有数据可读。如果没有设置 O_NONBLOCK 标志，则调用 wait_event_interruptible 函数阻塞等待数据到来，并通过 wake_up_interruptible 函数唤醒阻塞等待数据的进程。

需要注意的是，这只是一个简单的示例代码，实际上要实现一个完整的字符设备驱动还需要考虑很多其他的问题，比如并发访问、设备文件的创建与销毁等等。