18 设备处理内核I/O包

Posted 2023-04-30 xuan01

I/O包：

内核要求设备完成的任务，需要调用驱动程序，传参给驱动；操作所需的参数数量大，需要 I/O 包 统一管理；

objnode_t 结构：objnode_t 结构包含了各个驱动程序功能函数的所有参数；

创建和删除 I/O 包：

内存管理组件分配释放objnode_t结构；krlnew_objnode 创建，krldel_objnode 删除；

向设备发送I/O包：

krldev_io 发送设备io函数：接受objnode_t 结构参数，检查操作码是否符合要求，检查被操作的对象是不是为空，然后调用krldev_call_driver 函数；

krldev_call_driver 函数 还要进行一次检查，然后用操作码为索引调用驱动程序功能；

驱动程序实例之 systick 设备驱动：

systick 设备：每隔1ms产生一个中断；定时器功能；

systick设备驱动程序的整体框架：

驱动程序必须具备的一系列函数，即使不做任何工作，只返回状态，也必须有这个函数；

systick 设备驱动程序的入口;

systick_entry 入口函数，实现建立设备，向内核注册设备，安装回调函数，并且初始化 用到的8254中断物理设备；最后调用krlenable_intline 函数，主要功能是开启一个中断源的中断；

接着把入口函数放到驱动表里；

配置设备与驱动：

systick_set_driver 函数：设置驱动程序功能派发函数（就是将驱动函数的地址设置到driver_t 的drv_dipfun数组，io操作码就是此数组索引），设置驱动程序名称；

systick_set_device 函数：设置设备的信息；设备类型是很重要的，内核通过这个区分设备；此函数的第一个参数就是device_t 结构指针；

打开与关闭设备：

systick_open 函数：简单实现一个增加计数功能；

systick_close 函数：实现减小计数；

systick设备中断回调函数：

对于systick设备，重要的是这个函数，周期性的执行系统中的操作；

systick_handle 函数：中断要实现的功能；这儿只是简单的打印消息；

 

实验效果后续更新(4.30)：

此处实验，之前我们在每个进程中都要主动调用进程调度器函数，否则进程就会永远霸占 CPU，永远运行下去。这是因为，我们没有定时器可以周期性地检查进程运行了多长时间，如果进程的运行时间超过了，就应该强制调度，让别的进程开始运行；这儿我们在 systick_handle 函数中调用krlthd_inc_tick函数，每20ms强制调度：

 

010 异步I/O处理 003

● 异步I/0
　　○ 使用设备内核对象
　　○ 使用事件内核对象 提醒同步以及交互
　　○ 可提醒I/O 不可跨线程的
　　○ I/O完成端口

 

　　⊙ I/O完成端口

　　　　○ 串行模型来进行异步IO操作
　　　　○ 并行模型 -> 多线程

　　　　○ 1个工人 -> 加工零件 -> 5天 -> 串行
　　　　○ 5个工人 -> 加工零件 -> 1天 -> 并行

　　　　○ 单核 -> 模拟出来的多进程 线程
　　　　○ 多核 -> 多线程 核心数 -> CPU的一个核心
　　　　○ 一个进程内可以有多个线程 多线程
　　　　○ 线程和线程之间可以相互融合

　　⊙ I/O完成端口 天生就是并行模式

　　　　○ 并行模型 -> 多线程

　　　　○ 创建队列
　　　　　　○ 设备
　　　　　　○ 设备

　　　　○ 设备操作的队列

　　　　　　○ 线程池
　　　　　　○ 多个线程

　　　　○ 创建一个完成端口

1     HANDLE hIOCP = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, nullptr, 0, 0);

● CreateIoCompletionPort 函数

1 HANDLE WINAPI CreateIoCompletionPort(
2   _In_     HANDLE    FileHandle,                        //内核对象
3   _In_opt_ HANDLE    ExistingCompletionPort,        //已存在的完成端口 为NULL 则位新建一个IOCP
4   _In_     ULONG_PTR CompletionKey,                    //传递处理函数的参数
5   _In_     DWORD     NumberOfConcurrentThreads        //设置线程数 尽量根据物理实际设置
6 );

● PostQueuedCompletionStatus

1 BOOL WINAPI PostQueuedCompletionStatus(
2   _In_     HANDLE       CompletionPort,                    //指定想向其发送一个完成数据包的完成端口对象
3   _In_     DWORD        dwNumberOfBytesTransferred,        //指定—个值,直接传递给GetQueuedCompletionStatus函数中对应的参数
4   _In_     ULONG_PTR    dwCompletionKey,                //指定—个值,直接传递给GetQueuedCompletionStatus函数中对应的参数
5   _In_opt_ LPOVERLAPPED lpOverlapped                    //指定—个值,直接传递给GetQueuedCompletionStatus函数中对应的参数
6 );

● GetQueuedCompletionStatus

BOOL WINAPI GetQueuedCompletionStatus(
  _In_  HANDLE       CompletionPort,                //指定想向其发送一个完成数据包的完成端口对象
  _Out_ LPDWORD      lpNumberOfBytes,            //一次完成后的I/O操作所传送数据的字节数。
  _Out_ PULONG_PTR   lpCompletionKey,            //当文件I/O操作完成后，用于存放与之关联的CK。
  _Out_ LPOVERLAPPED *lpOverlapped,            //OVERLAPPED  结构体指针
  _In_  DWORD        dwMilliseconds                //用于指定调用者等待CP的时间。
);