#导入Word文档图片# 阻塞与非阻塞IO操作

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了#导入Word文档图片# 阻塞与非阻塞IO操作相关的知识，希望对你有一定的参考价值。


Linux内核版本：linux3.5​

1.1 简介​

阻塞操作是指在执行设备操作时若不能获得资源则挂起进程，直到满足可操作的条件后再进行操作。被挂起的进程进入休眠状态，从CPU调度器的运行队列中移走， 直到等待的条件被满足。 而非阻塞操作的进程在获取不到资源时不会进入睡眠状态， 它或者放弃获取资源， 或者不停地查询， 直到资源获取为止。

驱动程序通常需要提供这样的能力：当应用程序进行 read()、 write()等系统调用时，若设备的资源不能获取，而用户又希望以阻塞的方式访问设备， 驱动程序应在设备驱动的 xxx_read()、 xxx_write()等操作中将进程阻塞直到资源可以获取， 此后， 应用程序的 read()、 write()等调用才返回， 整个过程仍然进行了正确的设备访问，用户并没有感知到；若用户以非阻塞的方式访问设备文件， 则当设备资源不可获取时， 设备驱动的 xxx_read()、 xxx_write()等操作应立即返回， read()、 write()等系统调用也随即被返回。​

阻塞从字面上听起来似乎意味着低效率，实则不然，如果设备驱动不阻塞，则用户想获取设备资源只能不停地查询，这反而会无谓地耗费 CPU 资源。 而阻塞访问时，不能获取资源的进程将进入休眠， 它将 CPU 资源让给其他进程。​

因为阻塞的进程会进入休眠状态，因此，必须确保有一个地方能够唤醒休眠的进程。唤醒进程的地方最大可能发生在中断里面，因为硬件资源获得的同时往往伴随着一个中断。​

1.2 进程的状态​

Linux将进程状态描述为如下五种：​

TASK_RUNNING ：可运行状态。处于该状态的进程可以被调度执行而成为当前进程。​

TASK_INTERRUPTIBLE ：信号可中断的睡眠状态。处于该状态的进程在所需资源有效时被唤醒，也可以通过信号或定时中断唤醒（因为有signal_pending()函数）。​


TASK_UNINTERRUPTIBLE：不可中断的睡眠状态。处于该状态的进程仅当所需资源有效时被唤醒。​

TASK_ZOMBIE ：僵尸状态。表示进程结束且已释放资源，但其task_struct仍未释放。​

TASK_STOPPED ：暂停状态。处于该状态的进程通过其他进程的信号才能被唤醒。​


进程调度函数，让出CPU使用权：​

schedule(void)​


设置进程的状态（一般设置的状态为以上定义的五种）：​

set_current_state(state);​


1.3 等待队列​

在 Linux 中, 一个等待队列由一个"等待队列头"来管理, 一个 wait_queue_head_t 类型的结构, 定义在<linux/wait.h>中. 一个等待队列头可被定义和初始化。​

使用:​

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name);​


或者动态定义如下:​

wait_queue_head_t my_queue;​

init_waitqueue_head(&my_queue);​


等待队列可以用来同步对系统资源的访问，前面所讲述的信号量在内核中也依赖等待队列来实现。​

1.3.1 等待队列头休眠相关的API函数​

1.3.1.1 静态初始化等待队列头​

宏原型​

#define DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name) \\​

wait_queue_head_t name = __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(name) ​

宏功能​

静态初始化数据。定义并且初始化一个等待队列头结构变量,名字为name。​

宏参数​

name：要定义的队列头变量名​

所在头文件​

include\\linux\\wait.h​

宏定义文件​

include\\linux\\wait.h ​


1.3.1.2 动态初始化等待队列头​

宏原型​

/*动态初始化等待队列头*/​

#define init_waitqueue_head(q)\\​

do \\​

static struct lock_class_key __key;\\​

\\​

__init_waitqueue_head((q), #q, &__key);\\​

while (0)​

宏功能​

动态初始一个等待队列头​

宏参数​

q：要定义的队列头变量名指针​

所在头文件​

include\\linux\\wait.h​

宏定义文件​

include\\linux\\wait.h ​

示例：​

wait_queue_head_t wq; 定义全局变量)​

init_waitqueue_head(&wq); 要在其他函数内调用初始化)​

上面这两行等效于：DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wq)​


1.3.1.3 休眠进程(不可中断)​

宏原型​

#define wait_event(wq, condition) \\​

do \\​

if (condition)\\​

break;\\​

__wait_event(wq, condition);\\​

while (0)​

宏功能​

让进程在等待队列头上休眠。在等待会列中睡眠直到condition为真。在等待的期间，进程会被置为TASK_UNINTERRUPTIBLE(不可中断)进入睡眠，直到condition变量变为真。每次进程被唤醒的时候都会检查condition的值。​

注意:这里的中断指的是信号(软中断)。​

比如：ctrl+c信号等。 信号会进行阻塞，如果在进程睡眠时发送了信号给进程，这时进程是收不到信号的，但是信号并没有消失，当进程被唤醒的时候就会收到信号！​

宏参数​

wq：要休眠的队列头 ； condition:休眠的条件，0时休眠，否则不进入休眠，不能直接传递数字，要传递变量。​

所在头文件​

include\\linux\\wait.h​

宏定义文件​

include\\linux\\wait.h ​


1.3.1.4 休眠进程(可中断)​

宏原型​

#define wait_event_interruptible(wq, condition)\\​

(\\​

int __ret = 0;\\​

if (!(condition))/*判断--->条件为假的时候进入休眠*/\\​

__wait_event_interruptible(wq, condition, __ret);\\​

__ret;\\​

)​

宏功能​

让进程在等待队列头上休眠。wait_event()的区别是调用该宏在等待的过程中当前进程会被设置为TASK_INTERRUPTIBLE休眠状态.在每次被唤醒的时候,首先检查condition是否为真,如果为真则返回,否则检查如果进程是被信号唤醒,会返回-ERESTARTSYS错误码.如果是condition为真,则返回0.​

宏参数​

wq：要休眠的队列头 ； condition:休眠的条件，0时休眠，否则不进入休眠​

所在头文件​

include\\linux\\wait.h​

宏定义文件​

include\\linux\\wait.h ​


1.3.1.5 休眠进程（可以指定时间）（不可中断）​

宏原型​

#define wait_event_timeout(wq, condition, timeout)\\​

(\\​

long __ret = timeout;\\​

if (!(condition)) \\​

__wait_event_timeout(wq, condition, __ret);\\​

__ret;\\​

)​

宏功能​

让进程在等待队列头上休眠。与wait_event()类似.不过如果所给的睡眠时间为负数则立即返回.如果在睡眠期间被唤醒,且condition为真则返回剩余的睡眠时间,否则继续睡眠直到到达或超过给定的睡眠时间,然后返回0.​

宏参数​

wq：要休眠的队列头 ； ​

condition:休眠的条件，0时休眠，否则不进入休眠；​

timeout：超时时间，单位是时钟节拍，一般使用：1 * HZ （1秒）这样形式定义。​

所在头文件​

include\\linux\\wait.h​

宏定义文件​

include\\linux\\wait.h ​


1.3.1.6 休眠进程（可以设置超时时间）（可中断）​

宏原型​

#define wait_event_interruptible_timeout(wq, condition, timeout)\\​

(\\​

long __ret = timeout;\\​

if (!(condition))\\​

__wait_event_interruptible_timeout(wq, condition, __ret); \\​

__ret;\\​

)​

宏功能​

让进程在等待队列头上休眠。与wait_event_timeout()类似​

如果在睡眠期间被信号打断则返回-ERESTARTSYS错误码​

宏参数​

wq：要休眠的队列头 ； ​

condition:休眠的条件，0时休眠，否则不进入休眠；​

timeout：超时时间，单位是时钟节拍，一般使用：5 * HZ （5秒）这样形式定义。​

所在头文件​

include\\linux\\wait.h​

宏定义文件​

include\\linux\\wait.h ​


1.3.2唤醒进程相关的函数API​

上面介绍的是让进程休眠函数，接下来就是唤醒进程的函数。​

1.3.2.1 唤醒休眠的进程(中断与非中断都可以)​

宏原型​

#define wake_up(x)__wake_up(x, TASK_NORMAL, 1, NULL)​

宏功能​

可唤醒处于TASK_INTERRUPTIBLE和TASK_UNINTERUPTIBLE状态的进程,​

与wait_event/wait_event_timeout成对使用。​

宏参数​

x：要唤醒的队列头指针 ；​

所在头文件​

include\\linux\\wait.h​

宏定义文件​

include\\linux\\wait.h ​

示例：wake_up(&wq) ​

说明：如果驱动里阻塞了5个进程，只会唤醒第一个休眠的进程，按照先后顺序。​

1.3.2.2 唤醒休眠的进程（可中断类型）​

宏原型​

#define wake_up_interruptible(x)__wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)​

宏功能​

NIO之阻塞IO与非阻塞IO

Linux设备驱动基础03之阻塞与非阻塞IO

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