Linux系统管理：内核等待队列机制介绍2

会计考友 · 发表于 2012-8-4 12:07:07

flag = 0;

wp = rp = buf;

result = register_chrdev（ 54,"buf",&buf_fops ）；

if （ result < 0 ） {

printk（ "buf: cannot get major 54 " ）；

return result;

}

return 0;

init_buf（）做的事就是去注册一个 character device driver.在注册一个 character device driver 之前，必须要先准备一个型别为 file_operations 结构的变量，file_operations 里包含了一些 function pointer.driver 的作者必须自己写这些 function.并将 function address 放到这个结构里。如此一来，当 user 去读取这个 device 时，kernel 才有办法去呼叫对应这个 driver 的 function.其实，简要来讲。character device driver 就是这么一个 file_operations 结构的变量。file_operations 定义在这个档案里。它的 prototype 在 kernel 2.2.1 与以前的版本有些微的差异，这点是需要注意的地方。

register_chrdev（）看名字就大概知道是要注册 character device driver.第一个参数是此 device 的 major number.第二个是它的名字。名字你可以随便取。第三个的参数就是一个 file_operations 变量的地址。init_module（）必须要传回 0,module 才会被加载。

在 cleanup_module（）的部分，我们也是只呼叫 buf_clean（）而已。它做的事是 unregister 的动作。

if （ unregister_chrdev（ 54,"buf" ）） {

printk（ "buf: unregister_chrdev error " ）；

}

也就是将原本记录在 device driver table 上的资料洗掉。第一个参数是 major number.第二个则是此 driver 的名称，这个名字必须要跟 register_chrdev（）中所给的名字一样才行。

现在我们来看看此 driver 所提供的 file_operations 是那些。

static struct file_operations buf_fops = {

NULL, /* lseek */

buf_read,

buf_write,

NULL, /* readdir */

NULL, /* poll */

NULL, /* ioctl */

NULL, /* mmap */

buf_open, /* open */

NULL, /* flush */

buf_release, /* release */

NULL, /* fsync */

NULL, /* fasync */

NULL, /* check_media_change */

NULL, /* revalidate */

NULL /* lock */

};

会计考友 · 发表于 2012-8-4 12:07:08

在此，我们只打算 implement buf_read（），buf_write（），buf_open,和 buf_release（）等 function 而已。当 user 对这个 device 呼叫 open（）的时候，buf_open（）会在最后被 kernel 呼叫。相同的，当呼叫 close（），read（），和 write（）时，buf_release（），buf_read（），和 buf_write（）也都会分别被呼叫。首先，我们先来看看 buf_open（）。

static int buf_open（ struct inode *inode,struct file *filp ）

MOD_INC_USE_COUNT;

return 0;

}

buf_open（）做的事很简单。就是将此 module 的 use count 加一。这是为了避免当此 module 正被使用时不会被从 kernel 移除掉。相对应的，在 buf_release（）中，我们应该要将 use count 减一。就像开启档案一样。有 open（），就应该要有对应的 close（）才行。如果 module 的 use count 在不为 0 的话，那此 module 就无法从 kernel 中移除了。

static int buf_release（ struct inode *inode,struct file *filp ）

{

MOD_DEC_USE_COUNT;

return 0;

}

接下来，我们要看一下buf_read（）和buf_write（）。

static ssize_t buf_read（ struct file *filp,char *buf,size_t count,

loff_t *ppos ）

{

return count;

}

static ssize_t buf_write（ struct file *filp,const char *buf,

size_t count,loff_t *ppos ）

{

return count;

}

在此，我们都只是回传 user 要求读取或写入的字符数目而已。在此，我要说明一下这些参数的意义。filp 是一个 file 结构的 pointer.也就是指我们在 /dev 下所产生的 buf 档案的 file 结构。当我们呼叫 read（）或 write（）时，必须要给一个 buffer 以及要读写的长度。Buf 指的就是这个 buffer,而 count 指的就是长度。至于 ppos 是表示目前这个档案的 offset 在那里。这个值对普通档案是有用的。也就是跟 lseek（）有关系。由于在这里是一个 drvice.所以 ppos 在此并不会用到。有一点要小心的是，上面参数 buf 是一个地址，而且还是一个 user space 的地址，当 kernel 呼叫 buf_read（）时，程序在位于 kernel space.所以你不能直接读写资料到 buf 里。必须先切换 FS 这个 register 才行。

会计考友 · 发表于 2012-8-4 12:07:09

Makefile

P = buf

OBJ = buf.o

INCLUDE = -I/usr/src/linux/include/linux

CFLAGS = -D__KERNEL__ -DMODVERSIONS -DEXPORT_SYMTAB -O $（INCLUDE）

-include /usr/src/linux/include/linux/modversions.h

CC = gcc

$（P）： $（OBJ）

ld -r $（OBJ） -o $（P）。o

.c.o:

$（CC） -c $（CFLAGS） $

会计考友 · 发表于 2012-8-4 12:07:10

if （（ rp != wp ） && （ count > 0 ））

goto repeate_reading;

flag = 0;

wake_up_interruptible（ &write_wq ）；

return nRead;

}

在前头我有提到，buf 的地址是属于 user space 的。在 kernel space 中，你不能像普通写到 buffer 里一样直接将资料写到 buf 里，或直接从 buf 里读资料。Linux 里使用 FS 这个 register 来当作 kernel space 和 user space 的切换。所以，如果你想手动的话，可以这样做：

mm_segment_t fs;

fs = get_fs（）；

set_fs（ USER_DS ）；

write_data_to_buf（ buf ）；

set_fs（ fs ）；

也就是先切换到 user space,再写资料到 buf 里。之后记得要切换回来 kernel space.这种自己动手的方法比较麻烦，所以 Linux 提供了几个 function,可以让我们直接在不同的 space 之间做资料的搬移。诚如各位所见，copy_to_user（）就是其中一个。

copy_to_user（ to,from,n ）；

copy_from_user（ to,from,n ）；

顾名思义，copy_to_user（）就是将资料 copy 到 user space 的 buffer 里，也就是从 to 写到 from,n 为要 copy 的 byte 数。相同的，copy_from_user（）就是将资料从 user space 的 from copy 到位于 kernel 的 to 里，长度是 n bytes.在以前的 kernel 里，这两个 function 的前身是 memcpy_tofs（）和 memcpy_fromfs（），不知道为什么到了 kernel 2.2.1之后，名字就被改掉了。至于它们的程序代码有没有更改就不太清楚了。至于到那一版才改的。我没有仔细去查，只知道在 2.0.36 时还没改，到了 2.2.1 就改了。这两个 function 是 macro,都定义在里。要使用前记得先 include 进来。

相信 buf_read（）的程序代码应当不难了解才对。不知道各位有没有看到，在buf_read（）的后面有一行的程序，就是

wake_up_interruptible（ &write_wq ）；

write_wq 是我们用来放那些想要写资料到 buffer,但 buffer 已满的 process.这一行的程序会将挂在此 queue 上的 process 叫醒。当 queue 是空的时，也就是当 write_wq 为 NULL 时，wake_up_interruptible（）并不会造成任何的错误。接下来，我们来看看更改后的 buf_write（）。

static ssize_t buf_write（ struct file *filp,const char *buf,size_t count,loff_t *ppos ）

{

int num,nWrite;

nWrite = 0;

while （（ wp == rp ） && flag ） {

interruptible_sleep_on（ &write_wq ）；

}

repeate_writing:

if （ rp > wp ） {

num = min（ count,（ int ）（ rp - wp ））；

}

else {

num = min（ count,（ int ）（ buffer + BUF_LEN - wp ））；

}

copy_from_user（ wp,buf,num ）；

wp += num;

count -= num;

nWrite += num;

if （ wp == （ buffer + BUF_LEN ）） {

wp = buffer;

会计考友 · 发表于 2012-8-4 12:07:11

}

if （（ wp != rp ） && （ count > 0 ）） {

goto repeate_writing;

}

flag = 1;

return nWrite;

}

我们把 process 丢到 write_wq 的动作放在 buf_write（）里。当 buffer 已满时，就直接将 process 丢到 write_wq 里。

while （（ wp == rp ） && flag ） {

interruptible_sleep_on（ &write_wq ）；

}

好了。现在程序已经做了一些修改。再重新 make 一次，利用 insmod 将 buf.o 载到 kernel 里就行了。接着，我们就来试验一下是不是真正做到 block IO.

# cd /dev

# ls -l ~/WWW-HOWTO

-rw-r--r-- 1 root root 23910 Apr 14 16:50 /root/WWW-HOWTO

# cat ~/WWW-HOWTO > buf

执行到这里，应该会被 block 住。现在，我们再开一个 shell 出来。

# cd /dev

# cat buf

…（ contents of WWW-HOWTO ） …skip …

此时，WWW-HOWTO 的内容就会出现了。而且之前 block 住的 shell 也已经回来了。最后，试验结束，可以下

# rmmod buf

将 buf 这个 module 从 kernel 中移除。以上跟各位介绍的就是 wait_queue 的使用。希望能对各位有所助益。

我想对某些人来讲，会使用一个东西就够了。然而对某些人来讲，可能也很希望知道这项东西是如何做出来的。至少我就是这种人。在下面，我将为各位介绍 wait_queue 的 implementation.如果对其 implementation 没兴趣，以下这一段就可以略过不用看了。

		自动登录	找回密码
密码			立即注册

[综合辅导] Linux系统管理：内核等待队列机制介绍2