Linux设备驱动：阻塞与非阻塞IO解析

"这篇文档详细讨论了Linux设备驱动中阻塞与非阻塞I/O的概念，以及它们在处理无法立即满足请求时的区别。文件主要涵盖了阻塞I/O的工作原理、休眠状态的进程管理和唤醒机制，以及非阻塞I/O可能导致的CPU资源浪费。" 在Linux设备驱动开发中，I/O操作的处理方式对系统性能有显著影响。阻塞I/O和非阻塞I/O是两种主要的处理策略。 1. 阻塞I/O 阻塞I/O模式下，当进程尝试进行设备操作但资源不可用时，它会被挂起并进入休眠状态。这意味着该进程从运行队列中被移除，不再占用CPU资源。例如，在调用read()或write()系统调用时，如果设备未准备好数据，进程会暂停执行。在此期间，调度器可以将CPU分配给其他进程。一旦设备资源变得可用，休眠的进程会被唤醒，继续执行其I/O操作。由于系统的调度时间很短，用户通常不会察觉到这一过程。 2. 非阻塞I/O 与阻塞I/O不同，非阻塞I/O不会导致进程休眠。当设备资源不可用时，进程不会等待，而是立即返回，或者持续检查资源状态直至可用。然而，这种持续查询可能导致不必要的CPU资源消耗，尤其是在设备资源长时间不可用的情况下。 3. 休眠与唤醒机制 在阻塞I/O中，休眠是关键过程，它涉及到将进程置于等待状态。Linux内核提供wait_event宏来实现这一功能。宏会检查等待的条件，并在条件满足时唤醒进程。通常，硬件资源的可用性会触发中断，中断处理程序是唤醒休眠进程的主要场所。 4. 中断与中断处理 中断是硬件事件（如设备完成数据传输）通知操作系统的方式。中断处理程序在硬件资源变为可用时运行，它可以检查并更新相关进程的状态，从而唤醒等待的进程。 5. 调度与唤醒 当进程被唤醒时，它会被重新放入调度器的运行队列，等待被CPU调度执行。调度器根据优先级和其他因素决定何时及在哪个CPU上运行进程。 6. 性能对比 阻塞I/O对CPU资源利用率较低，但提供了更好的响应性和简洁的编程模型。非阻塞I/O虽然可能导致CPU资源的浪费，但允许进程在等待资源时执行其他任务，提高并发性。 选择阻塞或非阻塞I/O取决于具体应用场景的需求。对于高并发、实时性要求高的系统，非阻塞I/O可能是更优的选择；而对于那些对响应时间要求不高但需要高效利用CPU资源的情况，阻塞I/O则更为合适。在设计Linux设备驱动时，理解这些概念和机制对于优化系统性能至关重要。