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- 1.实现设备读写：write函数中一个进程写没问题，两进程写：第一个进程运行到kzalloc时，第二个进程也执行了kzalloc，只第二个进程地址保存在c中，第一个进程分配内存空间地址丢失造成内存泄漏。第一个进程运行到kzalloc时第二个进程调用了kfree，这时第一个进程执行到copy_from_user出现问题
- 2.同步和互斥：避免多进程同时操作设备问题
- 3.实现设备驱动的ioctl函数： nr=number
- 3.1 hello_chr_locked.h：ioctl的第二个参数即cmd即HC_IOC_RESET，正常情况要不都按值传递，要不都用指针
- 3.2 hello_chr_locked.c：ioctl执行硬件控制，除了读写设备文件外的其他操作，比如锁门、弹出介质、设置波特率、设置比特位等
- 3.3 ioctltest.c：测试函数操作ioctl，先insmod hello_chr_locked.ko
- 4.实现进程休眠：条件不够歇一歇，把CPU让给其他进程
- 5.内核表示时间和实现延时：linux中有一个时钟会周期性产生中断，linux将这中断作为时间基准
- 6.内核实现延缓操作：内核定时器，tasklet，workqueue
1.实现设备读写：write函数中一个进程写没问题，两进程写：第一个进程运行到kzalloc时，第二个进程也执行了kzalloc，只第二个进程地址保存在c中，第一个进程分配内存空间地址丢失造成内存泄漏。第一个进程运行到kzalloc时第二个进程调用了kfree，这时第一个进程执行到copy_from_user出现问题
2.同步和互斥：避免多进程同时操作设备问题
如下是不同步的表现。
// hello_chr_locked.c
/*
信号量： sema_init() 初始化信号量
down_interruptible() 获取信号量
up() 释放信号量
互斥锁： mutex_init()
mutex_lock_interruptible() 获取
mutex_unlock()
*/
#include<linux/module.h>
#include<linux/fs.h>
#include<linux/cdev.h>
#include<linux/slab.h>
#include<linux/uaccess.h>
#include<linux/jiffies.h>
#include<linux/sched.h>
#include<linux/semaphore.h> //信号量
#include<linux/mutex.h> //互斥锁
#define LOCK_USE 1 //0:semaphore, 1:mutex
#define HELLO_MAJOR 0
#define HELLO_NR_DEVS 2
int hello_major = HELLO_MAJOR;
int hello_minor = 0;
dev_t devt; //高12位是主设备号，低20位是次设备号
int hello_nr_devs = HELLO_NR_DEVS;
module_param(hello_major, int, S_IRUGO);
module_param(hello_minor, int, S_IRUGO);
module_param(hello_nr_devs, int, S_IRUGO);
struct hello_char_dev{ //实际的字符设备结构，类似于面向对象的继承
struct cdev cdev;
char *c;
int n;
struct semaphore sema; //信号量
struct mutex mtx; //互斥锁 ，实际两者中一个就行
};
struct hello_char_dev *hc_devp;
struct class *hc_cls;
//11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
int hc_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct hello_char_dev *hc_dev;
printk(KERN_INFO "%s open \n",current->comm);
hc_dev = container_of(inode->i_cdev,struct hello_char_dev,cdev); //获取设备结构体的地址
filp->private_data = hc_dev; //将设备结构地址放到文件描述符结构的私有数据中
return 0;
}
ssize_t hc_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count,loff_t *f_pos)
{
ssize_t retval=0;
struct hello_char_dev *hc_dev=filp->private_data;
printk(KERN_INFO "read hc_dev %p\n",hc_dev);
if(*f_pos >= hc_dev->n)
goto out;
if(*f_pos + count > hc_dev->n)
count = hc_dev->n - *f_pos;
if(copy_to_user(buf,hc_dev->c,count))
{
retval = -EFAULT;
goto out;
}
*f_pos += count;
return count;
out:
return retval;
}
ssize_t hc_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count,loff_t *f_pos)
{
struct hello_char_dev *hc_dev=filp->private_data;
int retval = -ENOMEM;
unsigned long jiff1;
printk(KERN_INFO "%s write begin\n",current->comm);
#if (LOCK_USE==0)
if(down_interruptible(&hc_dev->sema)) //-EINTR down_interruptible获得信号量，成功获取返回0，执行后面操作。获取不到进行等待，让进程进入休眠状态。如果我们给它发送一个信号（不是信号量），它就会返回一个非0值，这个值就是EINTR，如果接到EINTR就返回ERESTARTSYS去重新获取信号量。如果接到信号后退出，下行就返回EINTR。
return -ERESTARTSYS;
printk(KERN_INFO "%s get sema\n",current->comm);
#endif
#if (LOCK_USE==1)
if(mutex_lock_interruptible(&hc_dev->mtx)) //-EINTR mutex_lock_interruptible获得互斥量，参数同样是互斥量地址，获得到互斥量返回0（不进这个if里）执行后面操作，无法获得互斥量就会让进程进入休眠状态，接收到一个信号返回非0值即-EINTR
return -ERESTARTSYS;
printk(KERN_INFO "%s get mutex\n",current->comm);
#endif
//获得到信号量或互斥锁后就可正常执行如下写操作：
kfree(hc_dev->c);
hc_dev->c=NULL;
hc_dev->n=0;
printk(KERN_INFO"%s 1",current->comm);
jiff1=jiffies;
while(jiffies-jiff1<HZ);
hc_dev->c = kzalloc(count,GFP_KERNEL);
if(!hc_dev->c)
goto out;
printk(KERN_INFO"%s 2 addr:%p",current->comm,hc_dev->c);
jiff1=jiffies;
while(jiffies-jiff1<HZ);
printk(KERN_INFO"%s 3 addr:%p",current->comm,hc_dev->c);
if(copy_from_user(hc_dev->c,buf,count))
{
retval = -EFAULT;
goto fail_copy;
}
hc_dev->n = count;
//如上写操作执行完后，如下我们需要释放掉互斥量或互斥锁：
#if (LOCK_USE==0)
up(&hc_dev->sema); //up释放信号量，参数是信号量地址
printk(KERN_INFO "%s up sema\n",current->comm);
#endif
#if (LOCK_USE==1)
mutex_unlock(&hc_dev->mtx); //mutex_unlock释放互斥锁，参数是互斥锁地址
printk(KERN_INFO "%s unlock mutex\n",current->comm);
#endif
printk(KERN_INFO"%s write done",current->comm);
return count;
fail_copy:
kfree(hc_dev->c);
out:
#if (LOCK_USE==0)
up(&hc_dev->sema);
#endif
#if (LOCK_USE==1)
mutex_unlock(&hc_dev->mtx);
#endif
return retval; //不能返回0，否则会不停的写
}
int hc_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk(KERN_INFO "%s release\n",current->comm);
return 0;
}
struct file_operations hc_fops = { //字符设备的操作函数
.owner = THIS_MODULE,
.read = hc_read,
.write = hc_write,
.open = hc_open,
.release = hc_release,
};
//1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
static int __init hello_init(void)
{
int ret,i;
printk(KERN_INFO "---BEGIN HELLO LINUX MODULE---\n");
if(hello_major){
devt=MKDEV(hello_major,hello_minor);
ret=register_chrdev_region(devt,hello_nr_devs,"hello_chr"); //使用指定的设备号分配
}
else{
ret = alloc_chrdev_region(&devt,hello_minor,hello_nr_devs,"hello_chr");//动态分配主设备号
hello_major = MAJOR(devt);
}
if (ret < 0) {
printk(KERN_WARNING "hello: can't get major %d\n", hello_major);
goto fail;
}
hc_devp = kzalloc(sizeof(struct hello_char_dev)*hello_nr_devs,GFP_KERNEL); //给字符设备分配空间，这里hello_nr_devs为2
if(!hc_devp)
{
printk(KERN_WARNING "alloc mem failed");
ret = -ENOMEM;
goto failure_kzalloc; // 内核常用goto处理错误
}
for(i=0;i<hello_nr_devs;i++){
#if (LOCK_USE==0)
sema_init(&hc_devp[i].sema,1); // 初始化信号量，第一个参数：信号量地址。第二个参数：信号量个数，这里设为1，1个资源，当一个进程获得，其他进程等待。
// 信号量可有多个，有一个进程来获取，信号量个数减1。直到信号量减到0，进程无法获取信号量。当其他进程释放信号量后，被休眠的进程才可以获得信号量。
#elif (LOCK_USE==1)
mutex_init(&hc_devp[i].mtx); // 初始化互斥量, 没有个数问题，因为只有一个，一个进程获得互斥锁，其他进程只能等待。上面信号量初始化为1和这里互斥锁类似。
#endif
cdev_init(&hc_devp[i].cdev,&hc_fops); // 初始化字符设备结构
hc_devp[i].cdev.owner = THIS_MODULE;
ret = cdev_add(&hc_devp[i].cdev,MKDEV(hello_major,hello_minor+i),1);
if(ret)
{
printk(KERN_WARNING"fail add hc_dev%d",i);
}
}
hc_cls = class_create(THIS_MODULE,"hc_dev");
if(!hc_cls)
{
printk(KERN_WARNING"fail create class");
ret = PTR_ERR(hc_cls);
goto failure_class;
}
for(i=0;i<hello_nr_devs;i++){
device_create(hc_cls,NULL,MKDEV(hello_major,hello_minor+i),NULL,"hc_dev%d",i);
}
printk(KERN_INFO "---END HELLO LINUX MODULE---\n");
return 0;
failure_class:
kfree(hc_devp);
failure_kzalloc:
unregister_chrdev_region(devt,hello_nr_devs);
fail:
return ret; //返回错误，模块无法正常加载
}
static void __exit hello_exit(void)
{
int i;
for(i=0;i<hello_nr_devs;i++)
{
device_destroy(hc_cls,MKDEV(hello_major,hello_minor+i));
}
class_destroy(hc_cls);
for(i=0;i<hello_nr_devs;i++)
cdev_del(&hc_devp[i].cdev);
kfree(hc_devp);
unregister_chrdev_region(devt,hello_nr_devs); //移除模块时释放设备号
printk(KERN_INFO "GOODBYE LINUX\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");//许可 GPL、GPL v2、Dual MPL/GPL、Proprietary(专有)等,没有内核会提示
MODULE_AUTHOR("KGZ"); //作者
MODULE_VERSION("V1.0"); //版本
同理make后insmod，再运行writeloop和echo，dmesg。上面只是在写时加入互斥锁和信号量，读时也要加入。如下红线上面是writeloop，红线下面是bash，如下打印的get sema和up sema之间只有自己的1，2，3步。
3.实现设备驱动的ioctl函数： nr=number
3.1 hello_chr_locked.h：ioctl的第二个参数即cmd即HC_IOC_RESET，正常情况要不都按值传递，要不都用指针
#ifndef _HELLO_CHR_LOCKED_H_
#define _HELLO_CHR_LOCKED_H_
#define HC_IOC_MAGIC 0x81 //type（0x81未被使用） //内核源码里Documentation/userspace-api/ioctl/ioctl-number.rst
#define HC_IOC_RESET _IO(HC_IOC_MAGIC,0) //序号0，作用是清空我们分配的空间，第一个参数幻数
#define HC_IOCP_GET_LENS _IOR(HC_IOC_MAGIC,1,int) //通过ioctl函数第三个参数以指针方式返回字符串长度
#define HC_IOCV_GET_LENS _IO(HC_IOC_MAGIC,2) //通过ioctl函数返回值返回字符串长度
#define HC_IOCP_SET_LENS _IOW(HC_IOC_MAGIC,3,int) //通过ioctl函数第三个参数以指针方式来设置字符串长度
#define HC_IOCV_SET_LENS _IO(HC_IOC_MAGIC,4) //通过ioctl函数第三个参数直接传入值来设置字符串长度
#define HC_IOC_MAXNR 4 //最大命令编号
#endif
3.2 hello_chr_locked.c：ioctl执行硬件控制，除了读写设备文件外的其他操作，比如锁门、弹出介质、设置波特率、设置比特位等
/*
如下第一个参数是文件描述符指针，第二个参数是ioctl命令，第三个参数是第二个参数对应命令的参数
long (*unlocked_ioctl 函数名) (struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
ioctl的第二个参数即cmd（32位整形）构成：direction(方向：指明读写，2bits) ， size(数据大小，14bits) type(幻数，唯一标识ioctl命令，8bits) ， number(序数，命令的编号，8bits)
宏：_IO(type,nr) _IOR(type,nr,size) _IOW(type,nr,size) _IOWR(type,nr,size) // 为了构造上面cmd命令
_IOC_DIR(nr) _IOC_TYPE(nr) _IOC_NR(nr) _IOC_SIZE(nr) // 从cmd命令中提取对应字段
函数：access_ok() //检查用户空间地址是否可用，数据传输之前要用这个检查下
put_user()和__put_user() //向用户空间写数据，put_user安全即里面执行了access_ok()
get_user()和__get_user() //从用户空间接收数据，__get_user需先手动调access_ok()
capable() //检查进程是否有权限，因为ioctl要对硬件进行控制和更改，需要进程被授权操作权限
对于需要传入的数据量不大的ioctl函数，可以使用put_user()或get_user()【单个数据：可能1，2，4，8个字节】，如果传入数据量很大的话，可使用之前的copy_from_user()，copy_to_user()
*/
#include "hello_chr_locked.h" //上面自定义
long hc_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
struct hello_char_dev *hc_dev = filp->private_data; //得到设备的地址
long retval = 0;
int tmp,err=0;
//如下两行判断传入的命令是否合法
if (_IOC_TYPE(cmd) != HC_IOC_MAGIC) return -ENOTTY; //检查幻数(返回值POSIX标准规定，也用-EINVAL)
if (_IOC_NR(cmd) > HC_IOC_MAXNR) return -ENOTTY; //检查命令编号
//如下只判断读的空间，读的时候使用带下划线函数，写使用安全函数
if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_READ) //涉及到用户空间与内核空间数据交互，判断读OK吗？
err = !access_ok((void __user *)arg, _IOC_SIZE(cmd)); //第一个参数：用户空间地址。第二个参数：传入参数大小。ok返回1，err就是0，下行if(0)不执行
if (err) return -EFAULT;
// 前面判断都正常，说明命令合法进行如下
switch(cmd){
case HC_IOC_RESET:
printk(KERN_INFO "ioctl reset\n");
kfree(hc_dev->c);
hc_dev->n=0;
break;
case HC_IOCP_GET_LENS:
printk(KERN_INFO "ioctl get lens through pointer\n"); //指针方式传递
retval = __put_user(hc_dev->n,(int __user *)arg); //第一个参数：你要传的数据 //第二个参数：用户空间地址
break;
case HC_IOCV_GET_LENS:
printk(KERN_INFO "ioctl get lens through value\n");
return hc_dev->n; //直接return这个值就行
break;
case HC_IOCP_SET_LENS:
printk(KERN_INFO "ioctl set lens through pointer");
if (! capable (CAP_SYS_ADMIN)) //具有管理员权限才可修改
return -EPERM;
retval = get_user(tmp,(int __user *)arg); //第一个参数：要保存数据的位置，第二个参数：用户空间传入的数据（这里是指针传入）
//hc_dev->n = min(hc_dev->n,tmp);
if(hc_dev->n>tmp) //判断这个值，和具体业务实现有关
hc_dev->n=tmp;
printk(KERN_INFO " %d\n",hc_dev->n);
break;
case HC_IOCV_SET_LENS:
printk(KERN_INFO "ioctl set lens through value");
if (! capable (CAP_SYS_ADMIN))
return -EPERM;
hc_dev->n = min(hc_dev->n,(int)arg); //arg就是值，直接赋值
printk(KERN_INFO " %d\n",hc_dev->n);
break;
default: //前面做了cmd的检查，这里可以不需要
break;
}
return retval;
}
struct file_operations hc_fops = { //字符设备的操作函数
.owner = THIS_MODULE,
.read = hc_read,
.write = hc_write,
.open = hc_open,
.release = hc_release,
.unlocked_ioctl = hc_ioctl, //还有一个compat_ioctl（用于32位程序运行于64位系统上）
};
3.3 ioctltest.c：测试函数操作ioctl，先insmod hello_chr_locked.ko
#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<sys/ioctl.h> //包括了一些构造命令那些宏
#include<errno.h>
#include"hello_chr_locked.h" //这样才能在应用空间找到对应命令
int main(int argc ,char* argv[])
{
int n,retval=0;
int fd;
fd = open("/dev/hc_dev0",O_RDWR);
switch(argv[1][0])
{
case '0': //复位
ioctl(fd,HC_IOC_RESET);
printf("reset hc\n");
break;
case '1': //通过指针获取长度
ioctl(fd,HC_IOCP_GET_LENS,&n);
printf("get lens pointer, %d\n",n);
break;
case '2': //通过值获取长度
n = ioctl(fd,HC_IOCV_GET_LENS);
printf("get lens value, %d\n",n);
break;
case '3': //通过指针设置长度
n=argv[2][0]-'0';
retval = ioctl(fd,HC_IOCP_SET_LENS,&n);
printf("set lens value, %d %s\n",n,strerror(errno));
break;
case '4': //通过值设置长度
n=argv[2][0]-'0';
retval = ioctl(fd,HC_IOCV_SET_LENS,n);
printf("set lens value, %d %s\n",n,strerror(errno));
break;
}
close(fd);
return 0;
}
4.实现进程休眠：条件不够歇一歇，把CPU让给其他进程
有时候进程在读设备时，发现设备数据还没准备好，没办法正常读取设备。或在写设备时，发现设备缓冲区满，没办法正常写设备。在遇到这些情况时，进程该何去何从？进程在操作设备时，如果条件不满足，就让它进入休眠等待，直到条件满足，就可唤醒进程进行后面操作。
/*
初始化：
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD() //初始化等待队列头，宏的静态方式
或
wait_queue_head_t wq; //动态方式
init_waitqueue_head(&wq);
休眠：
wait_event() //不可被打断，死等，直到满足条件为止
wait_event_interruptible() //可使用信号打断它，常用
唤醒：
wake_up() //对应wait_event()
wake_up_interruptible() //对应上面可中断方式休眠的进程wait_event_interruptible()
*/
# include <linux/wait.h>
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wq); //等待队列头
hc_read函数中
{
...
printk(KERN_INFO "read hc_dev %p\n",hc_dev);
// wait_event(wq,hc_dev->c!=NULL); //第一个参数：等待队列头。第二个参数：等待条件: 如果设备字符串区（即echo值进设备文件里）为空就进入等待（唤醒方法在write函数中）。
wait_event_interruptible(wq,hc_dev->c!=NULL);
...
}
hc_write函数中
{
...
printk(KERN_INFO"%s write done",current->comm);
// wake_up(&wq); // 当写入字符设备成功后（如上行）就调用wakeup函数唤醒等待队列上的进程
wake_up_interruptible(&wq);
return count;
...
}
如下等待条件满足，如上卡住的即休眠的进程会正常退出（两个进程cat卡住休眠，执行如下一行，两个进程都不会卡住）。
5.内核表示时间和实现延时：linux中有一个时钟会周期性产生中断，linux将这中断作为时间基准
/*
【中断频率】会保存在HZ（100-1000之间）这个变量里。【中断次数】会保存在jiffies变量里，可通过jiffies值获得到系统从开机到现在的时钟中断次数。常使用HZ和jiffies这两个变量构造各种时间函数
比较2个jiffies时使用下面的宏（可避免32位系统溢出的问题）：
time_after(a,b) a>b? a>b返回1，否则返回0
time_before(a,b) a<b?
time_after_eq(a,b) a>=b?
time_before_eq(a,b) a<=b?
jiffies与常用时间之间的转换：
jiffies_to_msecs() //毫秒
jiffies_to_usecs() //微秒
msecs_to_jiffies()
usecs_to_jiffies()
jiffies_to_timespec64() //timespec结构里有两个成员：一个是秒，另一个是微妙
timespec64_to_jiffies()
延时：
wait_event_timeout() //除了关心条件是否成立外，还关心超时是否到时，如果超时时间一到，不管条件是否满足，这两函数都会返回退出，然后执行后面操作
wait_event_interruptible_timeout()
set_current_state()
schedule_timeout() //单纯实现延时，不需要管条件，使用时需手动执行上一行改变当前进程状态
ndelay() 三个函数均是忙等待即cpu死循环一直占用cpu资源 //纳秒
udelay() 系统常用, 微秒
mdelay() 毫秒，时间长，如果用到了mdelay，那么你可能需要考虑使用msleep
休眠延时：
usleep_range() 10us以上 20ms以下
msleep() 毫秒延时
msleep_interruptible() 可用信号打断延时
ssleep() 秒级延时
fsleep(unsigned long usecs) 微妙级以上延迟，底层实现根据括号里提供的延迟长度选择上面ndelay等，5.13.2内核才有
*/
#include<linux/module.h>
#include<linux/jiffies.h>
#include<linux/sched.h>
#include<linux/delay.h>
unsigned long j,t1,diff;
struct timespec64 ts64;
static int __init hello_init(void)
{
wait_queue_head_t wait;
init_waitqueue_head(&wait);
printk(KERN_INFO "HELLO LINUX MODULE\n");
j=jiffies; //保存程序刚开始运行的jiffies值
t1=j+msecs_to_jiffies(1000); //+1秒（1000毫秒）延时
printk(KERN_INFO "j=%ld t1=%ld\n af:%d bf:%d afeq:%d beeq:%d\n",j,t1,time_after(j,t1),time_before(j,t1),time_after_eq(j,t1),time_before_eq(j,t1));
//111111111111111111111111111111111111111111111111111111111如下都是延迟1秒
//忙等待，不推荐使用，浪费系统性能，有可能让系统进入死循环出不来（比如禁止了中断）
printk(KERN_INFO "忙等待延时1s\n");
while(time_before(jiffies,t1)) //如果jiffies<t1，永远都是真，while一直循环
{ //当jiffies>t1，条件为假，退出循环，实现了1s延迟
}
//等待队列延时
printk(KERN_INFO "等待队列延时1s\n");
wait_event_interruptible_timeout(wait,0,msecs_to_jiffies(1000)); //休眠函数实现延迟，第二个参数为0是不需要条件，第三个参数是以jiffies表示的时间长度，所以用到时间转为jiffies函数即msecs_to_jiffies即延迟1秒
//schedule_timeout延时
printk(KERN_INFO "schedule_timeout延时1s\n");
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); //将进程状态设置为可中断的休眠
schedule_timeout(msecs_to_jiffies(1000));
//短延时函数
printk(KERN_INFO "短延时\n");
mdelay(1000); //延迟1s
//休眠延时
printk(KERN_INFO "usleep_range延时\n");
usleep_range(10000,15000); //10毫秒到15毫秒
printk(KERN_INFO "ssleep延时\n");
ssleep(1); //延迟1s
//1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
diff = jiffies - j; //获取如上中间一段的延时差值
//如下在将jiffies转时间就能获取上面代码运行时间
printk(KERN_INFO"diff=%ld,time ms=%d us=%d\n",diff,jiffies_to_msecs(diff),jiffies_to_usecs(diff)); //将jiffies差值转为毫秒和微妙值
printk(KERN_INFO "系统开机到现在的时间：\n");
jiffies_to_timespec64(jiffies-INITIAL_JIFFIES,&ts64); //INITIAL_JIFFIES: 这个宏的值是系统刚开始运行时系统赋给jiffies的初值
printk(KERN_INFO"sec:%lld+ns:%ld\n",ts64.tv_sec,ts64.tv_nsec);
return 0;
}
static void __exit hello_exit(void)
{
printk(KERN_INFO "GOODBYE LINUX\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");//许可 GPL、GPL v2、Dual MPL/GPL、Proprietary(专有)等,没有内核会提示
MODULE_AUTHOR("KGZ"); //作者
MODULE_VERSION("V1.0"); //版本
6.内核实现延缓操作：内核定时器，tasklet，workqueue
有时希望一个事件在指定时间之后（或一个事件发生后）运行而不影响当前操作，不影响当前操作，这时需要内核为我们提供一些机制：
1.如果想实现延迟指定时间之后执行指定操作，可使用内核定时器或workqueue工作队列。
2.如果想实现在一个事件发生之后再去执行其他操作，可使用tasklet或workqueue工作队列：这种情况多数发生在中断处理上，当一个中断发生后，在中断回调函数中希望尽可能短和尽可能快执行，所以把那些费时间的，不是很紧要的任务放稍后执行即放在中断回调函数后执行。
/*
1、内核定时器
struct timer_list
timer_setup() //初始化上面结构并绑定回调函数
mod_timer() //修改延时时间，调用mod_timer()后定时器开始定时，到达指定时间后调用绑定的回调函数
del_timer() //删除定时器
2、tasklet
struct tasklet_struct
tasklet_init() //初始化：绑定回调函数以及传入参数数据
tasklet_hi_schedule() //让tasklet执行，带hi的对应回调函数在高优先级执行
tasklet_schedule() //正常执行tasklet
tasklet_kill() //移除tasklet
3、workqueue
alloc_workqueue() //分配一个工作队列，如果任务不重，可使用内核自带的工作队列
destroy_workqueue()
struct work_struct //不需要延迟的操作，声明结构体
INIT_WORK() //初始化工作
queue_work() //将工作插入到工作队列中，内核自动调用对应工作
struct delayed_work //需要延时的工作，先声明结构
INIT_DELAYED_WORK() //初始化这结构
queue_delayed_work() //将对应工作插入到工作队列中，内核会在指定定时时间后调用对应工作
4、其他
in_interrupt() //指明当前上下文是不是在中断上下文，是在中断上下文则返回非0
smp_processor_id() //返回当前运行所在cpu的id号
通过读取设备文件构造下面的数据表：
// 第一列是用jiffies表示的时间值。delta是两次获取之间的时间间隔。inirq是in_interrupt函数返回值，是否是在中断中。pid表明当前进程执行的pid。cpu是当前进程执行的cpu。command是当前进程的名称。
time delta inirq pid cpu command
4295601162 0 0 7559 0 cat
4295601162 0 1 10 0 ksoftirqd/0
4295601162 0 1 10 0 ksoftirqd/0
4295601162 0 1 10 0 ksoftirqd/0
4295601162 0 1 10 0 ksoftirqd/0
4295601162 0 1 10 0 ksoftirqd/0
./Documentation/core-api/workqueue.rst
*/
#include<linux/module.h>
#include<linux/fs.h>
#include<linux/cdev.h>
#include<linux/slab.h>
#include<linux/uaccess.h>
#include<linux/interrupt.h> //包括了tasklet、timer.h和workqueue.h
#include<linux/timer.h> //定时器
#include<linux/workqueue.h> //工作队列
#define DEFER_TEST 2 //(0:timer 1:tasklet 2:workqueue)
#define DELAY_WORK //workqueue通过定义这行宏决定延时还是不延时
#define HELLO_MAJOR 0
#define HELLO_NR_DEVS 2
int hello_major = HELLO_MAJOR;
int hello_minor = 0;
dev_t devt; //高12位是主设备号，低20位是次设备号
int hello_nr_devs = HELLO_NR_DEVS;
module_param(hello_major, int, S_IRUGO);
module_param(hello_minor, int, S_IRUGO);
module_param(hello_nr_devs, int, S_IRUGO);
struct hello_char_dev{ //实际的字符设备结构，类似于面向对象的继承
struct cdev cdev;
char * buff; //管理缓冲区
int loops; //限制循环次数
int tdelay; //两次打印时间间隔
unsigned long prej; //保存上一次jiffies时间值
#if (DEFER_TEST==0) //DEFER_TEST宏管理（在最前面定义）
struct timer_list t1; //使用定时器，声明定时器结构
#elif (DEFER_TEST==1)
struct tasklet_struct tsklt; //使用tasklet，声明tasklet结构
#else
#ifdef DELAY_WORK //通过这个宏决定延迟还是不延迟的工作队列
struct delayed_work work; //使用workqueue，声明workqueue结构
#else
struct work_struct work;
#endif
#endif
}; //如上是整个结构体
struct hello_char_dev *hc_devp;
struct class *hc_cls;
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wq);
int hc_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct hello_char_dev *hc_dev;
printk(KERN_INFO "%s open \n",current->comm);
hc_dev = container_of(inode->i_cdev,struct hello_char_dev,cdev); //获取设备结构体的地址
filp->private_data = hc_dev;
return 0;
}
//11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111定时器begain
#if (DEFER_TEST==0)
void timer_fn(struct timer_list *t) //回调函数，timer_list是放在字符设备的结构体中，所以下行要用container_of通过结构体成员获得结构体指针
{
struct hello_char_dev *hc_dev = container_of(t,struct hello_char_dev,t1); //拿到字符设备指针
hc_dev->buff+=sprintf(hc_dev->buff,"%9ld %3ld %i %6i %i %s\n",
jiffies, jiffies-hc_dev->prej, in_interrupt()? 1 : 0,
current->pid, smp_processor_id(), current->comm);
if(--hc_dev->loops) //如果loops值不为0
{
mod_timer(t,jiffies+hc_dev->tdelay); //改变定时器定时时间，继续让定时器延时回调，循环5次
hc_dev->prej = jiffies;
}
else{ // 5次后loops为0执行else
del_timer(t); //删除定时器
//del_timer_sync(t);
wake_up_interruptible(&wq); //唤醒hc_read函数进程
}
}
ssize_t hc_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count,loff_t *f_pos)
{
ssize_t retval=0;
size_t cnt;
char *buf1;
struct hello_char_dev *hc_dev=filp->private_data; //拿到字符设备指针
printk(KERN_INFO "timer defer test\n");
if(*f_pos > 0)
goto out;
hc_dev->loops = 5;
hc_dev->tdelay = 10; //定时器每隔10
buf1 = kzalloc(400,GFP_KERNEL); //给缓冲区分配空间保存在buf1临时变量中
hc_dev->buff = buf1; //下面几行是在缓冲里放数据
hc_dev->buff += sprintf(hc_dev->buff, "timer defer test\n");
hc_dev->buff += sprintf(hc_dev->buff, " time delta inirq pid cpu command\n");
hc_dev->buff += sprintf(hc_dev->buff, "%9li %3li %i %6i %i %s\n",
jiffies, 0L, in_interrupt() ? 1 : 0,
current->pid, smp_processor_id(), current->comm); // 赋一行数据
timer_setup(&hc_dev->t1,timer_fn,0); //初始化定时器，timer_fn对应回调函数
mod_timer(&hc_dev->t1,jiffies+hc_dev->tdelay); //修改delay时间，当前jiffies+需延迟jiffies值
hc_dev->prej = jiffies; //当前jiffies值保存在字符设备prej变量中
wait_event_interruptible(wq, !hc_dev->loops); //让当前的read进行休眠
//如下是timer_fn回调函数将此函数hc_read唤醒，继续执行
cnt =hc_dev->buff - buf1; //多少字节
if(copy_to_user(buf,buf1,cnt)) //将数据传给用户空间
{
retval = -EFAULT;
goto out;
}
*f_pos += cnt;
kfree(buf1);
return cnt;
out:
return retval;
} //如上整个操作完成了，实现了定时器每隔10个jiffies回调一次，打印一下当前信息，一共打印5次
//11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111定时器end
//1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111tasklet begain
#elif (DEFER_TEST==1)
void tasklet_fn(unsigned long data) //回调函数
{
struct hello_char_dev *hc_dev =(struct hello_char_dev *) data;
hc_dev->buff+=sprintf(hc_dev->buff,"%9ld %3ld %i %6i %i %s\n",
jiffies, jiffies-hc_dev->prej, in_interrupt()? 1 : 0,
current->pid, smp_processor_id(), current->comm);
if (--hc_dev->loops) {
hc_dev->prej = jiffies;
tasklet_hi_schedule(&hc_dev->tsklt);
//tasklet_schedule(&hc_dev->tsklt);
} else { // 5次后，loops为0
wake_up_interruptible(&wq); //唤醒读进程
}
}
ssize_t hc_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count,loff_t *f_pos)
{
ssize_t retval=0;
int cnt;
char * buf1;
struct hello_char_dev *hc_dev=filp->private_data;
printk(KERN_INFO "tasklet defer test\n");
if(*f_pos > 0)
goto out;
hc_dev->loops = 5;
buf1 = kzalloc(400,GFP_KERNEL);
hc_dev->buff = buf1;
hc_dev->buff += sprintf(hc_dev->buff, "tasklet defer test\n");
hc_dev->buff += sprintf(hc_dev->buff, " time delta inirq pid cpu command\n");
hc_dev->buff += sprintf(hc_dev->buff, "%9li %3li %i %6i %i %s\n",
jiffies, 0L, in_interrupt() ? 1 : 0,
current->pid, smp_processor_id(), current->comm);
tasklet_init(&hc_dev->tsklt,tasklet_fn,(unsigned long)hc_dev); //第一个参数：tasklet结构体地址。第二个参数：回调函数。第三个参数：传入回调函数的数据参数，将字符设备地址强转为long传入。
hc_dev->prej = jiffies;
tasklet_hi_schedule(&hc_dev->tsklt);
//tasklet_schedule(&hc_dev->tsklt);
wait_event_interruptible(wq, !hc_dev->loops); //等待执行完成
tasklet_kill(&hc_dev->tsklt); //清除tasklet
cnt =hc_dev->buff - buf1; //获得到这个buf里有多少字节
if(copy_to_user(buf,buf1,cnt)) //将数据传给用户空间
{
retval = -EFAULT;
goto out;
}
*f_pos += cnt;
kfree(buf1); //释放存储空间返回
return cnt;
out:
return retval;
}
//111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111tasklet end
//1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111workqueue begain
#else
struct workqueue_struct *workq = NULL;
void workqueue_fn(struct work_struct *work) //回调函数
{
#ifdef DELAY_WORK
struct delayed_work *dwork = container_of(work,struct delayed_work,work); //通过work找到delayed_work地址
struct hello_char_dev *hc_dev = container_of(dwork,struct hello_char_dev,work); //通过dwork地址找到字符设备地址
#else
struct hello_char_dev *hc_dev = container_of(work,struct hello_char_dev,work);
#endif
hc_dev->buff+=sprintf(hc_dev->buff,"%9ld %3ld %i %6i %i %s\n",
jiffies, jiffies-hc_dev->prej, in_interrupt()? 1 : 0,
current->pid, smp_processor_id(), current->comm);
if (--hc_dev->loops) {
hc_dev->prej = jiffies;
#ifdef DELAY_WORK
queue_delayed_work(workq,dwork,hc_dev->tdelay); //继续执行回调函数
#else
queue_work(workq,work);
#endif
} else {
wake_up_interruptible(&wq);
}
}
ssize_t hc_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count,loff_t *f_pos)
{
ssize_t retval=0;
int cnt;
char * buf1;
struct hello_char_dev *hc_dev=filp->private_data;
printk(KERN_INFO "workqueue defer test\n");
if(*f_pos > 0)
goto out;
workq = alloc_workqueue("workq",WQ_UNBOUND,0); // 第三个参数默认填0
hc_dev->loops = 5;
#ifdef DELAY_WORK
hc_dev->tdelay = 10;
#endif
buf1 = kzalloc(400,GFP_KERNEL);
hc_dev->buff = buf1;
hc_dev->buff += sprintf(hc_dev->buff, "workqueue defer test\n");
hc_dev->buff += sprintf(hc_dev->buff, " time delta inirq pid cpu command\n");
hc_dev->buff += sprintf(hc_dev->buff, "%9li %3li %i %6i %i %s\n",
jiffies, 0L, in_interrupt() ? 1 : 0,
current->pid, smp_processor_id(), current->comm);
hc_dev->prej = jiffies;
#ifdef DELAY_WORK
INIT_DELAYED_WORK(&hc_dev->work,workqueue_fn); //初始化延迟工作队列
queue_delayed_work(workq,&hc_dev->work,hc_dev->tdelay); //将工作添加到工作队列中，第三个参数指定延时时间
#else
INIT_WORK(&hc_dev->work,workqueue_fn);
queue_work(workq,&hc_dev->work);
#endif
wait_event_interruptible(wq, !hc_dev->loops); // 进程休眠
destroy_workqueue(workq);
cnt =hc_dev->buff - buf1;
if(copy_to_user(buf,buf1,cnt))
{
retval = -EFAULT;
goto out;
}
*f_pos += cnt;
kfree(buf1);
return cnt;
out:
return retval;
}
#endif
//1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111workqueue end
ssize_t hc_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count,loff_t *f_pos)
{
printk(KERN_INFO "write hc_dev\n");
return count; //不能返回0，否则会不停的写
}
int hc_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk(KERN_INFO "release hc_dev\n");
return 0;
}
struct file_operations hc_fops = { //字符设备的操作函数
.owner = THIS_MODULE,
.read = hc_read,
.write = hc_write,
.open = hc_open,
.release = hc_release,
};
static int __init hello_init(void)
{
int ret,i;
printk(KERN_INFO "---BEGIN HELLO LINUX MODULE---\n");
if(hello_major){
devt=MKDEV(hello_major,hello_minor);
ret=register_chrdev_region(devt,hello_nr_devs,"hello_chr"); //使用指定的设备号分配
}
else{
ret = alloc_chrdev_region(&devt,hello_minor,hello_nr_devs,"hello_chr");//动态分配主设备号
hello_major = MAJOR(devt);
}
if (ret < 0) {
printk(KERN_WARNING "hello: can't get major %d\n", hello_major);
goto fail;
}
hc_devp = kzalloc(sizeof(struct hello_char_dev)*hello_nr_devs,GFP_KERNEL); //给字符设备分配空间，这里hello_nr_devs为2
if(!hc_devp)
{
printk(KERN_WARNING "alloc mem failed");
ret = -ENOMEM;
goto failure_kzalloc; //内核常用goto处理错误
}
for(i=0;i<hello_nr_devs;i++){
cdev_init(&hc_devp[i].cdev,&hc_fops); //初始化字符设备结构
hc_devp[i].cdev.owner = THIS_MODULE;
ret = cdev_add(&hc_devp[i].cdev,MKDEV(hello_major,hello_minor+i),1); //添加该字符设备到系统中
if(ret)
{
printk(KERN_WARNING"fail add hc_dev%d",i);
}
}
hc_cls = class_create(THIS_MODULE,"hc_dev");
if(!hc_cls)
{
printk(KERN_WARNING"fail create class");
ret = PTR_ERR(hc_cls);
goto failure_class;
}
for(i=0;i<hello_nr_devs;i++){
device_create(hc_cls,NULL,MKDEV(hello_major,hello_minor+i),NULL,"hc_dev%d",i);
}
printk(KERN_INFO "---END HELLO LINUX MODULE---\n");
return 0;
failure_class:
kfree(hc_devp);
failure_kzalloc:
unregister_chrdev_region(devt,hello_nr_devs);
fail:
return ret; //返回错误，模块无法正常加载
}
static void __exit hello_exit(void)
{
int i;
for(i=0;i<hello_nr_devs;i++)
{
device_destroy(hc_cls,MKDEV(hello_major,hello_minor+i));
}
class_destroy(hc_cls);
for(i=0;i<hello_nr_devs;i++)
cdev_del(&hc_devp[i].cdev);
kfree(hc_devp);
unregister_chrdev_region(devt,hello_nr_devs); //移除模块时释放设备号
printk(KERN_INFO "GOODBYE LINUX\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");//许可 GPL、GPL v2、Dual MPL/GPL、Proprietary(专有)等,没有内核会提示
MODULE_AUTHOR("KGZ"); //作者
MODULE_VERSION("V1.0"); //版本
如下delta连1次jiffies值改变都没达到。
非延迟工作队列效果跟tasklet类似，把API换成没有delayed的即可。
![[leetcode] 62. 不同路径](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/a36c1b59f2eb48eebd27dc7ba26116ca.png)
