Linux设备驱动：理解阻塞与非阻塞操作及等待队列

在Linux设备驱动编程中，理解阻塞和非阻塞操作是至关重要的，因为它们直接影响到系统的并发性和效率。这两种操作模式在设备驱动程序中主要涉及设备资源的访问控制。 阻塞操作在设备驱动中表现为当进程试图访问设备资源但资源不可用时，进程会暂停（挂起）执行，直到资源可用。这通常通过内核中的等待队列（wait queue）来实现，它是一种基础的数据结构，结合了进程调度机制。例如，信号量（semaphores）在内核中就依赖于等待队列，以确保在资源不足时，进程不会无限制地阻塞。使用阻塞操作可以避免资源争抢，提高系统的稳定性和一致性。 相反，非阻塞操作则更为灵活，进程在尝试设备操作时，如果资源不可用，不会立即停止，而是继续保持运行状态。这种模式下，进程可能会持续检查资源是否可用，或者采用轮询的方式。非阻塞操作适用于对响应时间敏感的应用场景，因为它减少了进程阻塞的时间，提高了系统的并发处理能力。 在本文档中，我们关注的是如何在Linux设备驱动中实现一个名为"globalvar"的共享资源，这个资源支持多进程同时访问，但写入操作完成后才会允许读取，从而确保数据的一致性。为了实现这个功能，我们使用了`semaphore`来控制写入操作的权限，并通过`wait_queue`来同步读取操作。`globalvar_read`和`globalvar_write`函数分别负责读取和写入操作，它们通过`file_operations`结构进行定义。同时，引入了全局变量`global_var`、信号量`sem`以及`wait_queue_head_t`类型的`outq`，以及标志变量`flag`来协调和管理资源的访问。 `globalvar_init`初始化函数中，设置了模块许可，定义了设备文件的主要号（MAJOR_NUM254），并声明了读写操作的处理函数。通过这些机制，当一个进程写入数据后，会触发信号量的释放，从而唤醒可能处于等待队列中的其他进程，允许它们读取数据。这种设计确保了设备资源的安全访问，同时也体现了Linux设备驱动中阻塞和非阻塞操作的灵活运用。