linux设备驱动中的completion(kernel-4.7)_completion.c-程序员宅基地

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completion定义

定义的目录:include/linux/completion.h


/*
 * struct completion - structure used to maintain state for a "completion"
 *
 * This is the opaque structure used to maintain the state for a "completion".
 * Completions currently use a FIFO to queue threads that have to wait for
 * the "completion" event.
 *
 * See also:  complete(), wait_for_completion() (and friends _timeout,
 * _interruptible, _interruptible_timeout, and _killable), init_completion(),
 * reinit_completion(), and macros DECLARE_COMPLETION(),
 * DECLARE_COMPLETION_ONSTACK().
 */
struct completion {
    unsigned int done;//指示等待的事件是否完成。初始化时为0。如果为0,则表示等待的事件未完成。大于0表示等待的事件已经完成。
    wait_queue_head_t wait;//存放等待该事件完成的进程队列。
};

completion作用

虽然信号量可以用于实现同步,但往往可能会出现一些不好的结果。例如:当进程A分配了一个临时信号量变量,把它初始化为关闭的MUTEX,并把其地址传递给进程B,然后在A之上调用down(),进程A打算一旦被唤醒就撤销给信号量。随后,运行在不同CPU上的进程B在同一个信号量上调用up()。然而,up()down()的目前实现还允许这两个函数在同一个信号量上并发。因此,进程A可以被唤醒并撤销临时信号量,而进程B还在运行up()函数。结果up()可能试图访问一个不存在的数据结构。这样就会出现错误。为了防止发生这种错误就专门设计了completion机制专门用于同步。

completion操作

定义和初始化:

struct completion completion;
init_completion(&completion);

直接定义并调用init_completion()初始化。init_completion()会将done字段初始化为0,wait字段的自旋锁为未锁,等待队列为空。这说明调用该完成量的进程必须等待某事件完成(即另外一进程必须先调用completiom()唤醒该完成量)。

/**
 * init_completion - Initialize a dynamically allocated completion
 * @x:  pointer to completion structure that is to be initialized
 *
 * This inline function will initialize a dynamically created completion
 * structure.
 */
static inline void init_completion(struct completion *x)
{
    x->done = 0;
    init_waitqueue_head(&x->wait);
}
DECLARE_COMPLETION(completion);

直接定义并初始化completion完成量,效果等同于以上定义方式。


/**
 * DECLARE_COMPLETION - declare and initialize a completion structure
 * @work:  identifier for the completion structure
 *
 * This macro declares and initializes a completion structure. Generally used
 * for static declarations. You should use the _ONSTACK variant for automatic
 * variables.
 */
#define DECLARE_COMPLETION(work) \
    struct completion work = COMPLETION_INITIALIZER(work)

等待完成量
wait_for_completion()函数,该函数定义在kernel/sched/completion.c中,其主要通过调用do_wait_for_common函数来实现,内容如下:


static inline long __sched
do_wait_for_common(struct completion *x,
           long (*action)(long), long timeout, int state)
{
    if (!x->done) {
        DECLARE_WAITQUEUE(wait, current);

        __add_wait_queue_tail_exclusive(&x->wait, &wait);
        do {
            if (signal_pending_state(state, current)) {
                timeout = -ERESTARTSYS;
                break;
            }
            __set_current_state(state);
            spin_unlock_irq(&x->wait.lock);
            timeout = action(timeout);
            spin_lock_irq(&x->wait.lock);
        } while (!x->done && timeout);
        __remove_wait_queue(&x->wait, &wait);
        if (!x->done)
            return timeout;
    }
    x->done--;
    return timeout ?: 1;
}

该函数相当于信号量中的down()操作。不过在操作中对使用其自身的自旋锁。如果done为0,则说明等待的事件没有完成,则调用DECLARE_WAITQUEUE()定义等待队列wait并将当前进程添加进等待队列wait。然后将wait添加进该完成量的等待队列的末尾,进入循环。设置当前进程为不可中断状态(TASK_UNINTERRUPTIBLE),释放自旋锁并让当前进程进入睡眠状态。一旦进程被调度唤醒据又获得自旋锁并查看等待的事件是否完成。如果完成(大于0),则从完成量的等待队列中删除等待的进程,并自减done ,释放自旋锁,从等待状态返回继续运行。否则继续睡眠。如果done于大0,则说明等待的事件已经完成,则自减done,直接返回

wait_for_completion_timeout()函数,该函数定义在kernel/sched/completion.c,其主要通过调用do_wait_for_common函数来实现,也是等待完成量。与wait_for_completion()最大的区别是它等待超时的情况下返回。也就是说如果经过给定的时间该完成量还没有被唤醒,就直接返回。这样最大的好处是经过一定的时间该进程已经不需要等待某事件,那么就可以直接被唤醒继续执行

wait_for_completion_interruptible()函数,该函数定义kernel/sched/completion.c中

wait_for_completion_interruptible_timeout()函数,该函数定义在kernel/sched/completion.c中

唤醒完成量
complete() 函数,用于唤醒一个等待该完成量的进程。该函数定义在kernel/sched/completion.c中,内容如下:


/**
 * complete: - signals a single thread waiting on this completion
 * @x:  holds the state of this particular completion
 *
 * This will wake up a single thread waiting on this completion. Threads will be
 * awakened in the same order in which they were queued.
 *
 * See also complete_all(), wait_for_completion() and related routines.
 *
 * It may be assumed that this function implies a write memory barrier before
 * changing the task state if and only if any tasks are woken up.
 */
void complete(struct completion *x)
{
    unsigned long flags;

    spin_lock_irqsave(&x->wait.lock, flags);
    x->done++;
    __wake_up_locked(&x->wait, TASK_NORMAL, 1);
    spin_unlock_irqrestore(&x->wait.lock, flags);
}

complete_all() 函数,唤醒所有等待给完成量的进程。该函数定义在kernel/sched/completion.c中,内容如下:

/**
 * complete_all: - signals all threads waiting on this completion
 * @x:  holds the state of this particular completion
 *
 * This will wake up all threads waiting on this particular completion event.
 *
 * It may be assumed that this function implies a write memory barrier before
 * changing the task state if and only if any tasks are woken up.
 */
void complete_all(struct completion *x)
{
    unsigned long flags;

    spin_lock_irqsave(&x->wait.lock, flags);
    x->done += UINT_MAX/2;
    __wake_up_locked(&x->wait, TASK_NORMAL, 0);
    spin_unlock_irqrestore(&x->wait.lock, flags);
}

例子程序:

#include <linux/module.h>
#include <linux/version.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/jiffies.h>
#include <linux/delay.h>

//这三个头文件与内核线程的使用有关;
#include <linux/sched.h>
#include <linux/kthread.h>
#include <linux/err.h>

//完成量相关
#include <linux/completion.h>

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("*************");
MODULE_VERSION("4.7.0.000");

static int sleep_time = (1*10*HZ);
static int shared_res = 0;

//STEP1:定义完成量
struct completion my_comp;

//STEP5:实现线程函数
static int thread_process1(void* param)
{
  //int val = 0, ret = 0;

  while(1)
  {
    set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);

    if(kthread_should_stop())
    {
      printk("kernel thread '%s' should stop;file:%s;line:%d\n", __FUNCTION__, __FILE__, __LINE__);
      break;
    }

    //STEP3:对临界区加锁
    wait_for_completion(&my_comp);
    shared_res++;
    //STEP4:对临界区解锁
    complete(&my_comp);

    mdelay(sleep_time);
  }
  return 12;
};

static int thread_process2(void* param)
{
  //int val = 0, ret = 0;

  while(1)
  {
    set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);

    if(kthread_should_stop())
    {
      printk("kernel thread '%s' should stop;file:%s;line:%d\n", __FUNCTION__, __FILE__, __LINE__);
      break;
    }

    //STEP3:对临界区加锁
    wait_for_completion(&my_comp);
    shared_res++;
    //STEP4:对临界区解锁
    complete(&my_comp);

    msleep(sleep_time);
  }
  return 34;
};

static int thread_process3(void* param)
{
  int val = 0;//, ret = 0;

  while(1)
  {
    set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);

    if(kthread_should_stop())
    {
      printk("kernel thread '%s' should stop;file:%s;line:%d\n", __FUNCTION__, __FILE__, __LINE__);
      break;
    }

    //STEP3:对临界区加锁
    wait_for_completion(&my_comp);
    val = shared_res;
    printk("%s: shared resource = %d;\n%s", __FUNCTION__, val, ((val % 3) ? "" : "\n"));
    //STEP4:对临界区解锁
    complete(&my_comp);

    msleep(sleep_time);
  }
  return 56;
};

static int thread_process4(void* param)
{
  int val = 0;//, ret = 0;

  while(1)
  {
    set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);

    if(kthread_should_stop())
    {
      printk("kernel thread '%s' should stop;file:%s;line:%d\n", __FUNCTION__, __FILE__, __LINE__);
      break;
    }

    //STEP3:对临界区加锁
    wait_for_completion(&my_comp);
    val = shared_res;
    printk("%s: shared resource = %d;\n%s", __FUNCTION__, val, ((val % 3) ? "" : "\n"));
    //STEP4:对临界区解锁
    complete(&my_comp);

    msleep(sleep_time);
  }
  return 78;
};

static struct task_struct* my_thread1 = NULL;
static struct task_struct* my_thread2 = NULL;
static struct task_struct* my_thread3 = NULL;
static struct task_struct* my_thread4 = NULL;

static int __init study_init(void)
{
 int err = 0;
 printk("%s\n", __PRETTY_FUNCTION__);

 //STEP2:初始化完成量
 init_completion(&my_comp);
 printk("init completion ok\n");
 complete_all(&my_comp);

 my_thread1 = kthread_create(thread_process1, NULL, "my_thread1");
 if(IS_ERR(my_thread1))
 {
   err = PTR_ERR(my_thread1);
   my_thread1 = NULL;
   printk(KERN_ERR "unable to start kernel thread1:%d\n", err);
   return err;
 }

 my_thread2 = kthread_create(thread_process2, NULL, "my_thread2");
 if(IS_ERR(my_thread2))
 {
   err = PTR_ERR(my_thread2);
   my_thread2 = NULL;
   printk(KERN_ERR "unable to start kernel thread2:%d\n", err);
   return err;
 }

 my_thread3 = kthread_create(thread_process3, NULL, "my_thread3");
 if(IS_ERR(my_thread3))
 {
   err = PTR_ERR(my_thread3);
   my_thread3 = NULL;
   printk(KERN_ERR "unable to start kernel thread3:%d\n", err);
   return err;
 }

 my_thread4 = kthread_create(thread_process4, NULL, "my_thread4");
 if(IS_ERR(my_thread4))
 {
   err = PTR_ERR(my_thread4);
   my_thread4 = NULL;
   printk(KERN_ERR "unable to start kernel thread4:%d\n", err);
   return err;
 }

 wake_up_process(my_thread1);
 wake_up_process(my_thread2);
 wake_up_process(my_thread3);
 wake_up_process(my_thread4);
 printk("%s:all kernel thread start;\n", __FUNCTION__);
 return 0;
}

static void __exit study_exit(void)
{
 int ret = -1;
 printk("%s\n",__PRETTY_FUNCTION__);

 //complete_all(&my_comp);
 complete(&my_comp);

 if(my_thread1)
 {
   ret = kthread_stop(my_thread1);
   my_thread1 = NULL;
   printk("kernel thread1 stop,exit code is %d;\n",ret);
 }

 //complete_all(&my_comp);
 complete(&my_comp);

 if(my_thread2)
 {
   ret = kthread_stop(my_thread2);
   my_thread2 = NULL;
   printk("kernel thread2 stop,exit code is %d;\n",ret);
 }

 //complete_all(&my_comp);
 complete(&my_comp);

 if(my_thread3)
 {
   ret = kthread_stop(my_thread3);
   my_thread3 = NULL;
   printk("kernel thread3 stop,exit code is %d;\n",ret);
 }

 //complete_all(&my_comp);
 complete(&my_comp);

 if(my_thread4)
 {
   ret = kthread_stop(my_thread4);
   my_thread4 = NULL;
   printk("kernel thread4 stop,exit code is %d;\n",ret);
 }

 printk("%s:all kernel thread stop;\n", __FUNCTION__);
}

module_init(study_init);
module_exit(study_exit);

未完待续。。。。

版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
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