linux 一个写缓存例子

Posted 2022-03-20 fanweisheng

我们已经几次提及 shortprint 驱动; 现在是时候真正看看. 这个模块为并口实现一个非 常简单, 面向输出的驱动; 它是足够的, 但是, 来使能文件打印. 如果你选择来测试这个 驱动, 但是, 记住你必须传递给打印机一个文件以它理解的格式; 不是所有的打印机在给 一个任意数据的流时很好响应.

 

shortprint 驱动维护一个一页的环形输出缓存. 当一个用户空间进程写数据到这个设备, 数据被填入缓存, 但是写方法实际没有进行任何 I/O. 相反, shortp_write 的核心看来 如此:

 

while (written < count)

/* Hang out until some buffer space is available. */ space = shortp_out_space();

if (space <= 0)

if (wait_event_interruptible(shortp_out_queue,

(space = shortp_out_space()) > 0))

goto out;

 

/* Move data into the buffer. */ if ((space + written) > count)

space = count - written;

 

if (copy_from_user((char *) shortp_out_head, buf, space)) up(&shortp_out_sem);

return -EFAULT;

shortp_incr_out_bp(&shortp_out_head, space); buf += space;

written += space;

 

 

 

 

out:

/* If no output is active, make it active. */ spin_lock_irqsave(&shortp_out_lock, flags); if (! shortp_output_active)

shortp_start_output(); spin_unlock_irqrestore(&shortp_out_lock, flags);

 

*f_pos += written;

 

一个旗标 ( shortp_out_sem ) 控制对这个环形缓存的存取; shortp_write 就在上面的 代码片段之前获得这个旗标. 当持有这个旗标, 它试图输入数据到这个环形缓存. 函数 shortp_out_space 返回可用的连续空间的数量(因此, 没有必要担心缓存回绕); 如果这 个量是 0, 驱动等到释放一些空间. 它接着拷贝它能够的数量的数据到缓存中.

 

一旦有数据输出, shortp_write 必须确保数据被写到设备. 数据的写是通过一个工作队 列函数完成的; shortp_write 必须启动这个函数如果它还未在运行. 在获取了一个单独

 

 

 

的, 控制存取输出缓存的消费者一侧(包括 shortp_output_active)的数据的自旋锁后, 它调用 shortp_start_output 如果需要. 接着只是注意多少数据被写到缓存并且返回.

 

启动输出进程的函数看来如下:

 

static void shortp_start_output(void)

if (shortp_output_active) /* Should never happen */ return;

 

/* Set up our ‘missed interrupt‘ timer */ shortp_output_active = 1; shortp_timer.expires = jiffies + TIMEOUT; add_timer(&shortp_timer);

 

/* And get the process going. */ queue_work(shortp_workqueue, &shortp_work);

 

处理硬件的事实是, 你可以, 偶尔, 丢失来自设备的中断. 当发生这个, 你确实不想你的 驱动一直停止直到系统重启; 这不是一个用户友好的做事方式. 最好是认识到一个中断已 经丢失, 收拾残局, 继续. 为此, shortprint 甚至一个内核定时器无论何时它输出数据 给设备. 如果时钟超时, 我们可能丢失一个中断. 我们很快会看到定时器函数, 但是, 暂 时, 让我们坚持在主输出功能上. 那是在我们的工作队列函数里实现的, 它, 如同你上面 看到的, 在这里被调度. 那个函数的核心看来如下:

 

spin_lock_irqsave(&shortp_out_lock, flags);

/* Have we written everything? */

if (shortp_out_head == shortp_out_tail)

/* empty */

shortp_output_active = 0; wake_up_interruptible(&shortp_empty_queue); del_timer(&shortp_timer);

/* Nope, write another byte */ else

shortp_do_write();

/* If somebody‘s waiting, maybe wake them up. */

if (((PAGE_SIZE + shortp_out_tail -shortp_out_head) % PAGE_SIZE) > SP_MIN_SPACE)

wake_up_interruptible(&shortp_out_queue);

spin_unlock_irqrestore(&shortp_out_lock, flags);

 

因为我们在使用共享变量的输出一侧, 我们必须获得自旋锁. 接着我们看是否有更多的数 据要发送; 如果无, 我们注意输出不再激活, 删除定时器, 并且唤醒任何在等待队列全空 的进程(这种等待当设备被关闭时结束). 如果, 相反, 有数据要写, 我们调用 shortp_do_write 来实际发送一个字节到硬件.

 

接着, 因为我们可能在输出缓存中有空闲空间, 我们考虑唤醒任何等待增加更多数据给那 个缓存的进程. 但是我们不是无条件进行唤醒; 相反, 我们等到有一个最低数量的空间.

 

每次我们从缓存拿出一个字节就唤醒一个写者是无意义的; 唤醒进程的代价, 调度它运行, 并且使它重回睡眠, 太高了. 相反, 我们应当等到进程能够立刻移动相当数量的数据到缓 存. 这个技术在缓存的, 中断驱动的驱动中是普通的.

 

为完整起见, 这是实际写数据到端口的代码:

 

static void shortp_do_write(void)

unsigned char cr = inb(shortp_base + SP_CONTROL);

/* Something happened; reset the timer */ mod_timer(&shortp_timer, jiffies + TIMEOUT);

/* Strobe a byte out to the device */ outb_p(*shortp_out_tail, shortp_base+SP_DATA); shortp_incr_out_bp(&shortp_out_tail, 1);

if (shortp_delay)

udelay(shortp_delay);

outb_p(cr | SP_CR_STROBE, shortp_base+SP_CONTROL); if (shortp_delay)

udelay(shortp_delay);

outb_p(cr & ~SP_CR_STROBE, shortp_base+SP_CONTROL);

 

这里, 我们复位定时器来反映一个事实, 我们已经作了一些处理, 输送字节到设备, 并且 更新了环形缓存指针.

 

工作队列函数没有直接重新提交它自己, 因此只有一个单个字节会被写入设备. 在某一处, 打印机将, 以它的缓慢方式, 消耗这个字节并且准备好下一个; 它将接着中断处理器. shortprint 中使用的中断处理是简短的:

 

static irqreturn_t shortp_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)

if (! shortp_output_active) return IRQ_NONE;

/* Remember the time, and farm off the rest to the workqueue function */ do_gettimeofday(&shortp_tv);

queue_work(shortp_workqueue, &shortp_work); return IRQ_HANDLED;

 

因为并口不要求一个明显的中断确认, 中断处理所有真正需要做的是告知内核来再次运行 工作队列函数.

 

如果中断永远不来如何? 至此我们已见到的驱动代码将简单地停止. 为避免发生这个, 我 们设置了一个定时器在几页前. 当定时器超时运行的函数是:

 

static void shortp_timeout(unsigned long unused)

unsigned long flags; unsigned char status;

if (! shortp_output_active) return;

 

spin_lock_irqsave(&shortp_out_lock, flags); status = inb(shortp_base + SP_STATUS);

 

/* If the printer is still busy we just reset the timer */ if ((status & SP_SR_BUSY) == 0 || (status & SP_SR_ACK))

 

shortp_timer.expires = jiffies + TIMEOUT; add_timer(&shortp_timer); spin_unlock_irqrestore(&shortp_out_lock, flags); return;

/* Otherwise we must have dropped an interrupt. */ spin_unlock_irqrestore(&shortp_out_lock, flags); shortp_interrupt(shortp_irq, NULL, NULL);

 

如果没有输出要被激活, 定时器函数简单地返回. 这避免了定时器重新提交自己, 当事情 在被关闭时. 接着, 在获得了锁之后, 我们查询端口的状态; 如果它声称忙, 它完全还没 有时间来中断我们, 因此我们复位定时器并且返回. 打印机能够, 有时, 花很长时间来使 自己准备; 考虑一下缺纸的打印机, 而每个人在一个长周末都不在. 在这种情况下, 只有 耐心等待直到事情改变.

 

但是, 如果打印机声称准备好了, 我们一定丢失了它的中断. 这个情况下, 我们简单地手 动调用我们的中断处理来使输出处理再动起来.

 

shortpirnt 驱动不支持从端口读数据; 相反, 它象 shortint 并且返回中断时间信息. 但是一个中断驱动的读方法的实现可能非常类似我们已经见到的. 从设备来的数据可能被 读入驱动缓存; 它可能被拷贝到用户空间只在缓存中已经累积了相当数量的数据, 完整的 读请求已被满足, 或者某种超时发生.