Linux内核同步机制之completion发布时间：2022/5/31 13:15:29
内核编程中常见的一种模式是，在当前线程之外初始化某个活动，然后等待该活动的结束。这个活动可能是，创建一个新的内核线程或者新的用户空间进程、对一个已有进程的某个请求，或者某种类型的硬件动作，等等。在这种情况下，我们可以使用信号量来同步这两个任务。然而，内核中提供了另外一种机制——completion接口。Completion是一种轻量级的机制，他允许一个线程告诉另一个线程某个工作已经完成。
结构与初始化
Completion在内核中的实现基于等待队列（关于等待队列理论知识在前面的文章中有介绍），completion结构很简单：
[cpp]
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struct completion { unsigned int done;/*用于同步的原子量*/ wait_queue_head_t wait;/*等待事件队列*/ }; [/ol]
和信号量一样，初始化分为静态初始化和动态初始化两种情况：
静态初始化：
[cpp]
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#define COMPLETION_INITIALIZER(work) \ { 0, __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER((work).wait) } #define DECLARE_COMPLETION(work) \ struct completion work = COMPLETION_INITIALIZER(work) [/ol]
动态初始化：
[cpp]
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static inline void init_completion(struct completion *x) { x->done = 0; init_waitqueue_head(&x->wait); } [/ol]
可见，两种初始化都将用于同步的done原子量置位了0，后面我们会看到，该变量在wait相关函数中减一，在complete系列函数中加一。
实现
同步函数一般都成对出现，completion也不例外，我们看看最基本的两个complete和wait_for_completion函数的实现。
wait_for_completion最终由下面函数实现：
[cpp]
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static inline long __sched do_wait_for_common(struct completion *x, long timeout, int state) { if (!x->done) { DECLARE_WAITQUEUE(wait, current); wait.flags |= WQ_FLAG_EXCLUSIVE; __add_wait_queue_tail(&x->wait, &wait); do { if (signal_pending_state(state, current)) { timeout = -ERESTARTSYS; break; } __set_current_state(state); spin_unlock_irq(&x->wait.lock); timeout = schedule_timeout(timeout); spin_lock_irq(&x->wait.lock); } while (!x->done && timeout); __remove_wait_queue(&x->wait, &wait); if (!x->done) return timeout; } x->done--; return timeout ?: 1; } [/ol]
而complete实现如下：
[cpp]
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void complete(struct completion *x) { unsigned long flags; spin_lock_irqsave(&x->wait.lock, flags); x->done++; __wake_up_common(&x->wait, TASK_NORMAL, 1, 0, NULL); spin_unlock_irqrestore(&x->wait.lock, flags); } [/ol]
不看内核实现的源代码我们也能想到他的实现，不外乎在wait函数中循环等待done变为可用（正），而另一边的complete函数为唤醒函数，当然是将done加一，唤醒待处理的函数。是的，从上面的代码看到，和我们想的一样。内核也是这样做的。
运用
运用LDD3中的例子：
[cpp]
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#include #include #include #include #include #include #include MODULE_LICENSE("GPL"); static int complete_major=250; DECLARE_COMPLETION(comp); ssize_t complete_read(struct file *filp,char __user *buf,size_t count,loff_t *pos) { printk(KERN_ERR "process %i (%s) going to sleep\n",current->pid,current->comm); wait_for_completion(&comp); printk(KERN_ERR "awoken %i (%s)\n",current->pid,current->comm); return 0; } ssize_t complete_write(struct file *filp,const char __user *buf,size_t count,loff_t *pos) { printk(KERN_ERR "process %i (%s) awakening the readers...\n",current->pid,current->comm); complete(&comp); return count; } struct file_operations complete_fops={ .owner=THIS_MODULE, .read=complete_read, .write=complete_write, }; int complete_init(void) { int result; result=register_chrdev(complete_major,"complete",&complete_fops); if(result return result; if(complete_major==0) complete_major=result; return 0; } void complete_cleanup(void) { unregister_chrdev(complete_major,"complete"); } module_init(complete_init); module_exit(complete_cleanup); [/ol]
测试步骤：
1， mknod /dev/complete创建complete节点，在linux上驱动程序需要手动创建文件节点。
2， insmod complete.ko 插入驱动模块，这里要注意的是，因为我们的代码中是手动分配的设备号，很可能被系统已经使用了，所以如果出现这种情况，查看/proc/devices文件。找一个没有被使用的设备号。
3， cat /dev/complete 用于读该设备，调用设备的读函数
4， 打开另一个终端输入 echo “hello” > /dev/complete 该命令用于写入该设备。
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