linux高级字符设备驱动之 三 阻塞型字符设备驱动

1、阻塞型字符设备驱动的功能

当一个设备无法立刻满足用户的读写请求时应当如何处理? 例如:调用read时没有数据可读, 但以后可能会有;或者一个进程试图向设备写入数据,但是设备暂时没有准备好接收数据。应用程序通常不关心这种问题,应用程序只是调用 read 或 write 并得到返回值。驱动程序应当(缺省地)阻塞进程,使它进入睡眠,直到请求可以得到满足。

2、阻塞方式

1）在阻塞型驱动程序中,Read实现方式如下:如果进程调用read,但设备没有数据或数据不足,进程阻塞。当新数据到达后,唤醒被阻塞进程。

2）在阻塞型驱动程序中,Write实现方式如下:如果进程调用了write,但设备没有足够的空间供其写入数据,进程阻塞。当设备中的数据被读走后,缓冲区中空出部分空间,则唤醒进程。

3、非阻塞方式

阻塞方式是文件读写操作的默认方式,但应用程序员可通过使用O_NONBLOCK标志来人为的设置读写操作为非阻塞方式(该标志定义在<linux/fcntl.h>中,在打开文件时指定)。

如果设置了O_NONBLOCK标志,read和write的行为是不同的。如果进程在没有数据就绪时调用了read,或者在缓冲区没有空间时调用了write,系统只是简单地返回-EAGAIN,而不会阻塞进程。

4、实例分析

程序实现的功能当进程读文件时，没有数据可读，则该进程阻塞。

1）memdev.h源代码

#ifndef _MEMDEV_H_

#define _MEMDEV_H_

#ifndef MEMDEV_MAJOR

#define MEMDEV_MAJOR 0 /*预设的mem的主设备号*/

#endif

#ifndef MEMDEV_NR_DEVS

#define MEMDEV_NR_DEVS 2 /*设备数*/

#endif

#ifndef MEMDEV_SIZE

#define MEMDEV_SIZE 4096

#endif

/*mem设备描述结构体*/

struct mem_dev

{

char *data;

unsigned long size;

wait_queue_head_t inq;

};

#endif /* _MEMDEV_H_ */

2）阻塞型字符驱动memdev.c

#include <linux/module.h>

#include <linux/types.h>

#include <linux/fs.h>

#include <linux/errno.h>

#include <linux/mm.h>

#include <linux/sched.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/cdev.h>

#include <asm/io.h>

#include <asm/system.h>

#include <asm/uaccess.h>

#include "memdev.h"

static mem_major = MEMDEV_MAJOR;

bool have_data = false; /*表明设备有足够的数据可供读*/

module_param(mem_major, int, S_IRUGO);

struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体制针*/

struct cdev cdev;

/*文件打开函数*/

int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)

{

struct mem_dev *dev;

/*获取次设备号*/

int num = MINOR(inode->i_rdev);

if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)

return -ENODEV;

dev = &mem_devp[num];

/*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/

filp->private_data = dev;

return 0;

}

/*release函数*/

int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)

{

return 0;

}

/*读函数*/

static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)

{

unsigned long p = *ppos;

unsigned int count = size;

int ret = 0;

struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/

/*判断读位置是否有效*/

if (p >= MEMDEV_SIZE)

return 0;

if (count > MEMDEV_SIZE - p)

count = MEMDEV_SIZE - p;

while (!have_data) /* 没有数据可读 ，考虑为什么不用if，而用while。答：为了排除由于中断唤醒等待队列，但此时并没有数据可读，故次用while和interruptible配合的原因*/

{

/*判断用户是否设置了非阻塞方式*/

if (filp->f_flags & O_NONBLOCK)

return -EAGAIN; /*设置了非阻塞方式*/

/*当设置了阻塞方式*/

wait_event_interruptible(dev->inq,have_data);/**当have_data为真时，立即返回，否则让进程进入TASK_KILL

的睡眠 并挂在dev->inq队列上*/

}

/*读数据到用户空间*/

if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count))

{

ret = - EFAULT;

}

else

{

*ppos += count;

ret = count;

printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d\n", count, p);

}

have_data = false; /* 表明不再有数据可读 */

return ret;

}

/*写函数*/

static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)

{

unsigned long p = *ppos;

unsigned int count = size;

int ret = 0;

struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/

/*分析和获取有效的写长度*/

if (p >= MEMDEV_SIZE)

return 0;

if (count > MEMDEV_SIZE - p)

count = MEMDEV_SIZE - p;

/*从用户空间写数据*/

if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count))

ret = - EFAULT;

else

{

*ppos += count;

ret = count;

printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d\n", count, p);

}

have_data = true; /* 有新的数据可读 */

/* 唤醒读进程*/

wake_up(&(dev->inq));

return ret;

}

/* seek函数 */

static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)

{

loff_t newpos;

switch(whence) {

case 0: /* SEEK_SET */

newpos = offset;

break;

case 1: /* SEEK_CUR */

newpos = filp->f_pos + offset;

break;

case 2: /* SEEK_END */

newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;

break;

default: /* can't happen */

return -EINVAL;

}

if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))

return -EINVAL;

filp->f_pos = newpos;

return newpos;

}

/*Î文件操作结构体*/

static const struct file_operations mem_fops =

{

.owner = THIS_MODULE,

.llseek = mem_llseek,

.read = mem_read,

.write = mem_write,

.open = mem_open,

.release = mem_release,

};

/*设备驱动模块加载函数*/

static int memdev_init(void)

{

int result;

int i;

dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);

/* 静态申请设备号*/

if (mem_major)

result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");

else /* 动态分配设备号 */

{

result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");

mem_major = MAJOR(devno);

}

if (result < 0)

return result;

/*初始化cdev结构*/

cdev_init(&cdev, &mem_fops);

cdev.owner = THIS_MODULE;

cdev.ops = &mem_fops;

/* 注册字符设备*/

cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);

/* 为设备描述结构分配内存*/

mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);

if (!mem_devp) /*申请失败*/

{

result = - ENOMEM;

goto fail_malloc;

}

memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));

/*为设备分配内存*/

for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)

{

mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;

mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);

memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);

/*初始化等待队列*/

init_waitqueue_head(&(mem_devp[i].inq));

}

return 0;

fail_malloc:

unregister_chrdev_region(devno, 1);

return result;

}

/*模块卸载函数*/

static void memdev_exit(void)

{

cdev_del(&cdev); /*注销设备*/

kfree(mem_devp); /*释放设备结构体内存*/

unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/

}

MODULE_AUTHOR("yinjiabin");

MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(memdev_init);

module_exit(memdev_exit);

3）测试程序源码app-read.c
#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

#include <sys/select.h>

#include <sys/time.h>

#include <errno.h>

int main()

{

int fd;

fd_set rds;

int ret;

char Buf[128];

/*初始化Buf*/

strcpy(Buf,"memdev is char dev!");

printf("BUF: %s\n",Buf);

/*打开设备文件*/

fd = open("/dev/memdev0",O_RDWR);

FD_ZERO(&rds);

FD_SET(fd, &rds);

/*清除Buf*/

strcpy(Buf,"Buf is NULL!");

printf("Read BUF1: %s\n",Buf);

ret = select(fd + 1, &rds, NULL, NULL, NULL);

if (ret < 0)

{

printf("select error!\n");

exit(1);

}

if (FD_ISSET(fd, &rds))

read(fd, Buf, sizeof(Buf));

/*检测结果*/

printf("Read BUF2: %s\n",Buf);

close(fd);

return 0;

}