内核等待机制学习（一）

假设我们在 kernel有一个 buffer，应用可以通过read，write等系统调用来读取或写数据到这个 buffer 里。
如果有一个 app 写数据到 buffer 时，此时 buffer 已经满了。那么如何去处理这种情形呢 ?
第一种，传给 user 一个错误讯息，说 buffer 已经满了，不能再写入。
第二种，将 user 的要求 block 住， 等app将 buffer 数据读走，留出空位时，再让 user 写入资料。
如果采用第二种，我们就要用到wait_queue了。wait_queue 是 kernel 所提供的.


假设这里这个驱动例子将维护一个大小为20的buffer,并加入read和write功能：
当 buffer 中没有数据时，read() 就会被 block 住，直到有数据写入为止。
而当 write buffer 时，如果调用 write() 时，空间已满或写入的数据比 buffer 大时，就会被 block 住，
直到有A数据读出来为止。在 write buffer 的程序代码中，我们使用 wait_queue 来做到 block IO 的功能。


今天主要先建立linux驱动程序的框架
一、linux驱动程序框架
第1步：建立Linux驱动程序框架（装载和卸载Linux驱动）
     任何类型的程序都有一个基本的结构，例如，C语言需要有一个入口函数main。Linux驱动程序也不例外。Linux内核在使用驱动时首先需要装载驱动。
在装载过程中需要进行一些初始化工作，例如，建立设备文件，分配内存地址空间等。当Linux系统退出时需要卸载Linux驱动，在卸载的过程中需要释放
由Linux驱动占用的资源，例如，删除设备文件、释放内存地址空间等。在Linux驱动程序中需要提供两个函数来分别处理驱动初始化和退出的工作。这两个函数分别用module_init和module_exit宏指定。
Linux驱动程序一般都都需要指定这两个函数，因此包含这两个函数以及指定这两个函数的两个宏的C程序文件也可看作是Linux驱动的骨架。

第2步：注册和注销设备文件
      任何一个Linux驱动都需要有一个设备文件。否则应用程序将无法与驱动程序交互。建立设备文件的工作一般在第1步编写的处理Linux初始化工作的函数
中完成。删除设备文件一般在第1步编写的处理Linux退出工作的函数中完成。

第3步：指定与驱动相关的信息
     驱动程序是自描述的。例如，可以通过modinfo命令获取驱动程序的作者姓名、使用的开源协议、别名、驱动描述等信息。这些信息都需要在驱动源代
码中指定。通过 MODULE_AUTHOR、MODULE_LICENSE 、MODULE_ALIAS 、MODULE_DESCRIPTION等宏可以指定与驱动相关的信息。

第4步：定义能在设备上进行的操作
struct file_operations,函数指针的集合，定义能在设备上进行的操作。
当执行exampledev_init时，它将调用内核函数 register_chrdev，
把驱动程序的基本入口点指针存放在内核的字符设备地址表中，在用户进程对该设备执行系统调用时提供入口地址


二．模块    
linux中的驱动程序,是以模块的形式编写的。模块的加载方式有两种：
1）用insmod命令手工加载模块。
2）一种直接编译进内核。
模块的卸载通过rmmod命令来删除模块。
模块的实现机制:
对于每一个内核模块来说，必定包含两个函数：卸载函数和初始化函数
1、将模块插入到内核时的初始化工作
1）准备struct file_operations结构体；
2）使用register_chrdev_region注册，申请设备号；
3）使用cdev_init初始化struct cdev结构体，建立cdev和file_operation之间的连接；
4）使用cdev_add增加struct cdev结构体；
5）出错处理。
1.2 从内核中删除模块时的清理工作
1）使用cdev_del删除struct cdev结构体；
2）释放其他申请的资源；
3）使用unregister_chrdev_region释放设备号。


三、设备注册
在linux2.6内核中，字符设备使用struct cdev结构来描述。
本文中，字符设备的注册分为两个步骤：
1、初始化cdev结构
   struct cdev的初始化使用cdev_init来完成
   syntax:
   void cdev_init(struct cdev *cdev,struct file_operations *fops)
   参数：
   cdev:待初始化的cdev结构
   fops:设备对应的操作函数集
2、添加cdev
   struct cdev的注册使用cdev_add来完成
   syntax:
   int cdev_add(struct cdev *p,dev_t dev,unsigned count)
   参数：
   p:要注册的字符设备
   dev：设备号，驱动程序对应的主设备号
   count:添加的设备个数


以下是代码
globalfifo.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>


#define GLOBALFIFO_SIZE 20
#define GLOBALFIFO_MAJOR 150    
static int globalfifo_major = GLOBALFIFO_MAJOR;


struct globalfifo_dev                                     
{                                                        
struct cdev cdev;                       
  unsigned int current_len;    
  unsigned char mem[GLOBALFIFO_SIZE];                
  
};


struct globalfifo_dev *globalfifo_devp;
int globalfifo_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = globalfifo_devp;
return 0;
}


int globalfifo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}


static const struct file_operations globalfifo_fops =
{
  .owner = THIS_MODULE,
  .open = globalfifo_open,
  .release = globalfifo_release,
};


static void globalfifo_setup_cdev(struct globalfifo_dev *dev, int index)
{
int err, devno = MKDEV(globalfifo_major, index);
cdev_init(&dev->cdev, &globalfifo_fops);
dev->cdev.owner = THIS_MODULE;
dev->cdev.ops = &globalfifo_fops;
err = cdev_add(&dev->cdev, devno, 1);
if(err)
printk(KERN_NOTICE "Error %d adding LED%d", err, index);
}


int globalfifo_init(void)
{
  int ret;
  dev_t devno = MKDEV(globalfifo_major, 0);
        ret = register_chrdev_region(devno, 1, "globalfifo");
 
  if(ret < 0)
    return ret;
  globalfifo_devp = kmalloc(sizeof(struct globalfifo_dev), GFP_KERNEL);
  if(!globalfifo_devp) 
  {
    ret =  - ENOMEM;
    goto fail_malloc;
  }
memset(globalfifo_devp, 0, sizeof(struct globalfifo_dev));
globalfifo_setup_cdev(globalfifo_devp, 0);
return 0;
fail_malloc: unregister_chrdev_region(devno, 1);
  return ret;
}
void globalfifo_exit(void)
{
cdev_del(&globalfifo_devp->cdev);  
kfree(globalfifo_devp);    
unregister_chrdev_region(MKDEV(globalfifo_major, 0), 1);
}
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
module_init(globalfifo_init);
module_exit(globalfifo_exit);

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作者：流星