Linux阻塞与非阻塞IO模型详解及等待队列应用

在Linux系统中，第9章探讨了阻塞IO和非阻塞IO、同步IO和异步IO的概念及其在驱动程序中的应用。首先，让我们理解这些基本概念： 1. **阻塞与非阻塞IO**： - 阻塞IO：应用程序在发起IO请求后，如果目标外设或数据未准备好，会暂停当前线程的执行，直到数据可用。如Linux的`read()`函数，如果数据不就绪，线程会进入挂起状态，直到数据准备好才返回。 - 非阻塞IO：请求会立即返回，即使数据不可用。应用程序需要自行检查结果，并在数据未准备好时进行重试。 2. **同步与异步IO**： - 同步IO：应用程序发起请求后，需要不断轮询以检查数据是否就绪，然后执行第二阶段的读写操作。这可能导致CPU频繁切换，效率较低。 - 异步IO：应用程序发出请求后，内核负责数据的获取和处理，应用程序无需持续监控。驱动和内核协作完成整个IO过程，提高性能。 3. **等待队列（Blocking Queues）**： - 在Linux中，等待队列是一种用于进程同步的技术，当一个任务需要等待某个事件发生时，它会被放入一个队列中。例如，在阻塞IO中，应用程序调用`read()`时，如果数据未就绪，进程会被放置在一个等待队列中，直到数据准备好，内核通过唤醒机制将其从队列中取出。 在实现上，驱动程序使用`struct __wait`等结构体来创建和管理等待队列，通过`wait_event()`或`wait_event_timeout()`等函数来控制进程的挂起和唤醒。这样，当设备准备好数据时，驱动程序会通知等待队列上的进程，使得它们能够继续执行后续操作。 9.3 节中的实验部分包括原理图、设备树和驱动的构建，通过实际操作演示了如何在Linux内核中运用阻塞和非阻塞IO，以及同步和异步IO的差异。通过理解和掌握这些核心概念和实现技术，开发者可以更好地设计和优化系统的IO性能。学习和实践这些内容对于编写高效的驱动程序以及理解操作系统底层通信机制至关重要。