Linux设备驱动程序 之 延迟执行

Posted 2020-12-01 Alex

长延迟

有些驱动程序需要延迟比较长的时间，即长于一个时钟滴答；

忙等待

如果想把执行延迟若干个时钟滴答，或者对延迟的精度要求不高，最简单的实现方法就是一个监视jiffies计数器的循环；这种忙等待的实现方法通常具有下面形式，其中j1是延迟终止的jiffies值：

1 while (time_before(jiffies, j1))
2     cpu_relax();

对cpu_relax的调用将以架构相关的方式执行，其中不执行大量的处理器代码；在许多系统上，该函数根本不会做任何事情；而在SMP系统上，它可能将处理器让给其他线程；但是，只要可能，我们应该避免使用这种方式，这里提到它，只是因为可能偶尔需要运行这段代码，以便更好的理解其他延迟计数；

让出处理器

忙等待为系统整体增加了沉重的负担，因此有必要寻找更好的延迟计数，比如在不需要CPU时主动释放CPU，这可以通过调用shcedule函数实现；

1 while (time_before(jiffies, j1)) {
2     schedule();
3 }

当进程使用schedule释放处理器之后，没有任何保证说进程可以再随后很快就能得到处理器；除了影响计算机系统整体性能之外，这种用法对驱动程序的需求并不安全，因为延迟可能远大于需求；

超时

通过监视jiffies计数器实现的延迟循环可以工作，但不是非常理想；存在两种构造基于jiffies超时的途径，使用哪个规则则依赖于驱动程序是否在等待其他事件；

如果驱动程序使用等待队列类等待其他一些事件，而我们同时希望在特定的时间段内运行，则可以使用wait_event_timeout或者wait_event_interruptible_timeout函数：

1 #define wait_event_timeout(wq, condition, timeout)
2 #define wait_event_interruptible_timeout(wq, condition, timeout）

上述函数会在给定的等待队列上休眠，但是会在超时到期时返回；这样，这两个函数实现了一种有界的休眠，这种休眠不会永远继续；注意，这里的timeout标识要等待的jiffies值，而不是绝对时间值；如果超时到期，这个两个函数会返回零；如果进程由其他事件唤醒，则会返回剩余的延迟时间，并用jiffies表达；返回值不会是负数，及时因为系统负荷而导致真正的延迟时间超过预期；

上述两个函数需要有人在等待队列上调用wake_up函数，或者超时到期；而在没有人会在等待队列上调用wake_up的情况下，进程将始终会在超时到期时被唤醒；为了适应这种不等待任何事件而延迟的情况，内核提供了schedule_timeout函数；

1 signed long __sched schedule_timeout(signed long timeout)

这里，timeout是用jiffies表示的延迟时间，正常返回值是0，除非在给定超时值之前函数返回(比如响应某个信号)；schedule_timeout要求调用者首先设置当前进程的状态，典型的调用如下：

1 set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
2 schedule_timeout(delay);

需要注意的是超时到期和真正呗调度执行之间，需要额外的时间；

短延迟

当设备驱动程序需要处理硬件的延迟时，这种延迟通常最多涉及到几十个毫秒；这种情况下，依赖于时钟滴答显然不是正确的方法；

ndelay，udelay和mdelay这几个内核函数很好的完成短延迟任务，它们分别延迟指定数量的纳秒、微秒和毫秒时间，它们的原型如下：

1 #define mdelay(n)
2 #define udelay(n)
3 #define ndelay(n)

需要注意的是，这三个延迟函数均是忙等待函数，因而在延迟过程中无法运行其他任务；因为，我们只能在没有其他实用方法时使用这些函数；

实现毫秒级(或者更长)延迟还有另一种方法，这种方法不涉及忙等待；

1 void msleep(unsigned int msecs)
2 unsigned long msleep_interruptible(unsigned int msecs)
3 void ssleep(unsigned int seconds)

通常，如果我们能够容忍比所请求更长的延迟，则应当使用schedule_timeout、sleep或者ssleep；