Linux学习第24天：Linux 阻塞和非阻塞 IO 实验（一）： 挂起

Linux版本号4.1.15   芯片I.MX6ULL                                    大叔学Linux    品人间百味  思文短情长 

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        在正式开始今天的笔记之前谈一下工作中遇见的一个问题。

        本篇笔记主要学习Linux 阻塞和非阻塞 IO 实验，主要包括阻塞和非阻塞简介、等待队列、轮询、poll操作、阻塞和非阻塞实验。其中重点内容为阻塞和非阻塞实验。

        本笔记的思维导图如下：

一、阻塞和非阻塞IO

1.阻塞和非阻塞简介

        1）阻塞

1 int fd;
2 int data = 0;
3 4
fd = open("/dev/xxx_dev", O_RDWR); /* 阻塞方式打开 */
5 ret = read(fd, &data, sizeof(data)); /* 读取数据 */

2)非阻塞

1 int fd;
2 int data = 0;
3 4
fd = open("/dev/xxx_dev", O_RDWR); /* 阻塞方式打开 */
5 ret = read(fd, &data, sizeof(data)); /* 读取数据 */

        参数“O_NONBLOCK”，表示以非阻塞方式打开设备，这样从设备中读取数据的时候就是非阻塞方式的了。

2.等待队列

        1)等待队列头

        等待队列头使用结构体wait_queue_head_t 表示：

39 struct __wait_queue_head {
40 spinlock_t lock;
41 struct list_head task_list;
42 };
43 typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;

        init_waitqueue_head 函数初始化等待队列头

void init_waitqueue_head(wait_queue_head_t *q)//参数 q 就是要初始化的等待队列头。

也可以使用宏 DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD 来一次性完成等待队列头的定义的初始化。

        2）等待队列项

结构体 wait_queue_t 表示等待队列项，结构体内容如下：

struct __wait_queue {
unsigned int flags;
void *private;
wait_queue_func_t func;
struct list_head task_list;
};
typedef struct __wait_queue wait_queue_t;

        宏DECLARE_WAITQUEUE 就是给当前正在运行的进程创建并初始化了一个等待队列项。

DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk)

        name 就是等待队列项的名字， tsk 表示这个等待队列项属于哪个任务(进程)，一般设置为
current ， 在 Linux 内 核 中 current 相 当 于 一 个 全 局 变 量 ， 表 示 当 前 进 程 。

        3）将队列项添加/删除队列头

        只有添加到等待队列头中以后进程才能进入休眠态。等待队列项添加 API 函数如下：

void add_wait_queue(wait_queue_head_t *q,
wait_queue_t *wait)

        等待队列项移除 API 函数如下：

void remove_wait_queue(wait_queue_head_t *q,
wait_queue_t *wait)

        4）等待唤醒

void wake_up(wait_queue_head_t *q)
void wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *q)

       wake_up_interruptible 函数只能唤醒处于 TASK_INTERRUPTIBLE 状态的进程。

5）等待事件

函数	描述
wait_event(wq, condition)	等待以 wq 为等待队列头的等待队列被唤醒，前 提是 condition 条件必须满足(为真)，否则一直阻 塞 。 此 函 数 会 将 进 程 设 置 为 TASK_UNINTERRUPTIBLE 状态
wait_event_timeout(wq, condition, timeout)	功能和 wait_event 类似，但是此函数可以添加超 时时间，以 jiffies 为单位。此函数有返回值，如 果返回 0 的话表示超时时间到，而且 condition 为假。为 1 的话表示 condition 为真，也就是条 件满足了。
wait_event_interruptible(wq, condition)	与 wait_event 函数类似，但是此函数将进程设置 为 TASK_INTERRUPTIBLE，就是可以被信号打 断。
wait_event_interruptible_timeout(wq, condition, timeout)	与 wait_event_timeout 函数类似，此函数也将进 程设置为 TASK_INTERRUPTIBLE，可以被信号 打断。

3.轮询【非阻塞】

        1）select函数        

int select(int nfds,
fd_set *readfds,
fd_set *writefds,
fd_set *exceptfds,
struct timeval *timeout)

        fd_set 类型变量的每一个位都代表了一个文件描述符。

void FD_ZERO(fd_set *set)
void FD_SET(int fd, fd_set *set)
void FD_CLR(int fd, fd_set *set)
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set)

        2）poll函数

        没有最大文件描述符限制。

int poll(struct pollfd *fds,
nfds_t nfds,
int timeout)

        3）epoll函数

        epoll 就是为处理大并发而准备的。

int epoll_create(int size)

返回值： epoll 句柄，如果为-1 的话表示创建失败。

        epoll_ctl 函数向其中添加要监视的文件描述符以及监视的事件， epoll_ctl 函数原型如下所示：

int epoll_ctl(int epfd,
int op,
int fd,
struct epoll_event *event)

epoll_wait 函数来等待事件的发生：

int epoll_wait(int epfd,
struct epoll_event *events,
int maxevents,
int timeout)

4.poll操作

poll 函数原型如下所示：

unsigned int (*poll) (struct file *filp, struct poll_table_struct *wait)

poll_wait 函数不会引起阻塞，只是将应用程序添加到 poll_table 中， poll_wait 函数原型如下：

void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p)

        参数 wait_address 是要添加到 poll_table 中的等待队列头，参数 p 就是 poll_table，就是
file_operations 中 poll 函数的 wait 参数。

二、总结

        本篇笔记主要学习Linux 阻塞和非阻塞 IO 实验，主要包括阻塞和非阻塞简介、等待队列、轮询、poll操作。

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以下内容将在下一篇笔记中进行学习：

二、阻塞IO实验

1.硬件原理图分析

2.实验程序

3.运行测试

三、非阻塞IO实验

1.硬件原理图分析

2.实验程序

3.运行测试

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本文为参考正点原子开发板配套教程整理而得，仅用于学习交流使用，不得用于商业用途。