linux设备驱动中的阻塞与非阻塞（二）

上一节我们分析了linux驱动中阻塞的实现，利用等待队列的休眠和唤醒机制实现，这一节我们探讨一下非阻塞的实现！

其实在非阻塞中，我们可以直接打开一个设备，进行读取和写入操作，但是这样做很不好，因为使用的是非阻塞，所以无论能不能写入或者读取都会返回，就像小明去买衣服，去到商店，商店开门了，买了衣服回来，这固然是好，可是万一商店老板来晚了一分钟，小明看到一关门就回去了，要是他等待多一分钟，就可以买到了，所以我们都希望无论是读还是写，都不要无功而返，可是非阻塞又不会等待或者休眠，那怎么办，这时就要在应用程序是调用select或者poll函数了，这两个函数会先进行判断，看文件能否进行非阻塞的读写（即能否获取资源），若能则返回，否则一直在等待，但是不休眠，直到条件满足或者等待时间到达了再返回。

实际上，这两个函数无论调用哪个，其结果都是调用底层驱动的poll()函数，所以我们要在驱动中实现poll()函数，现在我们先分析一下应用程序中的select()函数。

int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval *timeout);

参数分析：fd_set可以看做是一个集合，里面存放了很多的文件描述符，所以readfds是存放读取的文件描述符，我们通过select监视这些文件描述符的读取变化，如果里面有文件可以读取了，select就会返回一个大于0的数，不然会一直等待，但是不会休眠，知道条件满足或者定义的时间timeout到达，就会返回。

writefds是写文件描述符的集合，原理同读的一样，只要有文件可以读取了，就会发生变化，返回一个大于0的数，不然也是一直等待或者时间到达才会返回，并且不会休眠。errorfds这个是异常文件描述符的集合，有文件出现异常时，会返回，与那里和其他的一样。

maxfdp是一个整数，是集合中所有文件描述符的范围，即集合中最大文件描述符的值加1.

struct
timeval,是一个常用的结构体，其原型如下所示：

struct
timeval{

long
tv_sec; //秒

long
tv_usec; //微秒

}

当定义了timeout后，时间到达，该函数也会返回。

返回值：负值，select发送错误；正值：有文件可读可写或者出现异常；0值：等待超时，没有可读可写或者异常的文件。

当select返回后，我们可以根据返回值进一步判断能够进行写操作，或者是读操作，其中select的使用，涉及到以下几个宏：

FD_ZERO(fd_set
*fdset)：清空fdset与所有文件句柄的联系。

FD_SET(int fd, fd_set *fdset)：建立文件句柄fd与fdset的联系。

FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)：清除文件句柄fd与fdset的联系。

FD_ISSET(int fd, fdset *fdset)：检查fdset联系的文件句柄fd是否 可读写，返回值大于0表示可读写。

一个通过调用select进行非阻塞读写的例子：

fd
= open("/dev/globalfifo",O_RDONLY | O_NONBLOCK);

FD_ZERO(&rfds);

FD_ZERO(&wfds);

FD_SET(fd,&rfds);

FD_SET(fd,&wfds);

.........

select(fd+1,&rfds,&wfds,NULL,NULL);
//函数会在这里一直轮询，知道有文件可读写才会返回，接着进行非阻塞访问

if(FD_ISSET(fd,&rfds))//
进一步判断，该文件是否可以进行读操作，若是，则进行非阻塞的读操作

read(...);

if(FD_ISSET(fd,&wfds))//
进一步判断，该文件是否可以进行写操作，若是，则进行非阻塞的写操作

write(...);

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以上是应用程序select的分析，现在我们来探讨下驱动中的poll函数如何实现，因为顶层的poll、select或者epoll，其底层驱动都是调用poll函数实现的。设备驱动中poll()函数的原型是：

unsigned int (*poll) (struct file *filp,poll_table *wait);

函数返回可以立即执行操作的位掩码，有这几种：POLLIN(设备可读)，POLLRDNORM(数据可读)，POLLOUT（设备可写），POLLWRNORM(数据可写)，一般设备可读返回：POLLIN
| POLLRDNORM，可写则返回：POLLOUT | POLLWRNORM。

poll函数主要完成两个步骤：

步骤一：对可能引起设备文件状态变化的等待队列调用poll_wait函数，将对应的等待队列头部添加到poll_table中。

void poll_wait(struct file *filp, wait_queue_heat_t *queue,poll_table *wait); //使用poll_wait将等待队列添加到poll_table中

步骤二：返回一个用来描述操作是否可以立即执行，无阻塞读、写访问的掩码。

poll函数的驱动模板：

static unsigned int xxx_poll(struct file *filp, poll_table *wait){

....

unsigned int mask = 0;

down((&sem);

poll_wait(filp,&read,wait);

poll_wait(filp,&write,wait);

if(read_buffer_not_empty)

mask |= POLLIN | POLLRDNORM;

if(write_buffer_not_full)

mask |= POLLOUT | POLLWRNORM;

up(&sem);

return mask;

}