Linux驱动IO篇

在应用程序中，使用open函数打开一个/dev目录下的一个设备文件时，默认是以阻塞的方式打开。

所谓阻塞，就是当我们请求的资源不可用时（资源被占用，没有数据到达等等），会使得进程休眠，从现象看就是卡在那里。

应用层

如果我们希望以非阻塞方式打开设备文件，则应该在open设备文件时，添加一个O_NONBLOCK的flag参数，例如：

驱动层

应用层以非阻塞方式打开设备文件，则驱动层也要有对应的处理操作才行。

应用层传入的O_NONBLOCK标志，会保存在struct file结构体的f_flags成员中。当资源不可用时，同时判断f_flags变量是否为O_NONBLOCK，有则代表以非阻塞方式打开，然后返回一个-EAGAIN错误，提示应用层资源暂时不可用。

下面是驱动中read函数非阻塞处理的伪代码，例如：

当出现资源不可用时，会出现以下提示：

上述非阻塞方式打开设备文件，虽然可以防止进程休眠，无论结果如何都会立即返回，但缺点是必须要定期查询资源是否可以获得，例如上述代码中，每次调用read函数都要去查询一下资源是否可用。这种操作效率非常低。

但是用阻塞IO的话，进程休眠期间就再也不能做其他的事情了。

所以不论是非阻塞IO还是阻塞IO，都有缺点，有没有好的办法呢？

正确做法应该是：使用阻塞IO，驱动中添加唤醒操作。

什么意思呢？既然有休眠，就应该有对应的唤醒操作，否则进程将会一直休眠下去。驱动程序应该在资源可用时负责执行唤醒操作。

要实现既有休眠，又有唤醒的阻塞IO模型，应该使用等待队列。

我们以一个虚拟串口设备为例：

如图是一个虚拟串口设备示例图，这是一个功能弱化之后的只具备内回环作用的串口。

主要功能：在驱动中实现一个FIFO，驱动接收用户层传来的数据，然后将之放入FIFO，当应用层要获取数据时，驱动将FIFO中的数据读出，然后复制给应用层。

我们以这个虚拟串口设备为例，讲解等待队列的使用。

为了方便理解，简化了不必要的代码，下面是驱动代码：

首先用wait_queue_head_t定义两个等待队列头rwqh和wwqh，分表代表读等待队列和写等待队列，然后在驱动入口函数vser_init中调用init_waitqueue_head初始化等待队列头。

读操作处理

当应用程序想要从驱动中读取数据，而fifo为空时，此时代表没有数据可读。如果是非阻塞方式则直接返回，如果是阻塞方式，调用wait_event_interruptible函数将进程放入读等待队列rwqh，进程休眠。当fifo不为空时，即fifo有数据时，才会被唤醒。

写操作处理

当应用层想往驱动中写数据，而fifo已经满了，此时代表不可写。如果是非阻塞方式直接返回，如果是阻塞方式，则调用wati_event_interruptible函数将进程放入写等待队列，进程休眠。当fifo未满时，才会被唤醒。

唤醒处理

调用wake_up_interruptible函数唤醒对应的等待队列

通过在上述加入等待队列的操作，当以阻塞方式打开设备文件时，资源可用时会被唤醒，而不至于一直休眠。

上述只是使用了等待队列最常用的函数，等待队列还有其他很多的变体，下面列举常见的：

虽然有很多的变体，但简单的说，使进程休眠调用wait_event_xxx函数，唤醒进程调用wake_up_xxx函数。其余的后缀一一对应即可。

关于这些宏或函数的更多信息请参考“include/linux/wait.h”