[内核同步]Linux内核同步机制之completion

转自：http://blog.csdn.net/bullbat/article/details/7401688

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。

理解同步completion的例子：

这是一个公交司机和售票员之间的线程调度，用于理解完成量，完成量是对信号量的一种补充，主要用于多处理器系统上发生的一种微妙竞争。在这里两个线程间同步，只有当售票员把门关了后，司机才能开动车，只有当司机停车后，售票员才能开门。

线程(进程)之间的同步大多使用completion，而互斥资源的保护大多使用信号量(互斥锁or自旋锁)。

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：

1 struct completion {  
2     unsigned int done;/*用于同步的原子量*/  
3     wait_queue_head_t wait;/*等待事件队列*/  
4 };

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：

1 #define COMPLETION_INITIALIZER(work)   
2      { 0, __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER((work).wait) }  
3    
4  #define DECLARE_COMPLETION(work)   
5      struct completion work = COMPLETION_INITIALIZER(work)

动态初始化：

1 static inline void init_completion(struct completion *x)  
2 {  
3     x->done = 0;  
4     init_waitqueue_head(&x->wait);  
5 }

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：

 1 static inline long __sched  
 2 do_wait_for_common(struct completion *x, long timeout, int state)  
 3 {  
 4     if (!x->done) {  
 5         DECLARE_WAITQUEUE(wait, current);  
 6   
 7         wait.flags |= WQ_FLAG_EXCLUSIVE;  
 8         __add_wait_queue_tail(&x->wait, &wait);  
 9         do {  
10             if (signal_pending_state(state, current)) {  
11                 timeout = -ERESTARTSYS;  
12                 break;  
13             }  
14             __set_current_state(state);  
15             spin_unlock_irq(&x->wait.lock);  
16             timeout = schedule_timeout(timeout);  
17             spin_lock_irq(&x->wait.lock);  
18         } while (!x->done && timeout);  
19         __remove_wait_queue(&x->wait, &wait);  
20         if (!x->done)  
21             return timeout;  
22     }  
23     x->done--;  
24     return timeout ?: 1;  
25 }

而complete实现如下：

1 void complete(struct completion *x)  
2 {  
3     unsigned long flags;  
4   
5     spin_lock_irqsave(&x->wait.lock, flags);  
6     x->done++;  
7     __wake_up_common(&x->wait, TASK_NORMAL, 1, 0, NULL);  
8     spin_unlock_irqrestore(&x->wait.lock, flags);  
9 }

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：

 1 #include <linux/module.h>  
 2 #include <linux/init.h>  
 3   
 4 #include <linux/sched.h>  
 5 #include <linux/kernel.h>  
 6 #include <linux/fs.h>  
 7 #include <linux/types.h>  
 8 #include <linux/completion.h>  
 9   
10 MODULE_LICENSE("GPL");  
11   
12 static int complete_major=250;  
13 DECLARE_COMPLETION(comp);  
14   
15 ssize_t complete_read(struct file *filp,char __user *buf,size_t count,loff_t *pos)  
16 {  
17     printk(KERN_ERR "process %i (%s) going to sleep
",current->pid,current->comm);  
18     wait_for_completion(&comp);  
19     printk(KERN_ERR "awoken %i (%s)
",current->pid,current->comm);  
20     return 0;  
21 }  
22   
23 ssize_t complete_write(struct file *filp,const char __user *buf,size_t count,loff_t *pos)  
24 {  
25     printk(KERN_ERR "process %i (%s) awakening the readers...
",current->pid,current->comm);  
26     complete(&comp);  
27     return count;  
28 }  
29   
30 struct file_operations complete_fops={  
31     .owner=THIS_MODULE,  
32     .read=complete_read,  
33     .write=complete_write,  
34 };  
35 
36 int complete_init(void)  
37 {  
38     int result;  
39     result=register_chrdev(complete_major,"complete",&complete_fops);  
40     if(result<0)  
41         return result;  
42     if(complete_major==0)  
43         complete_major=result;  
44     return 0;  
45 }  
46 void complete_cleanup(void)  
47 {  
48     unregister_chrdev(complete_major,"complete");  
49 }  
50 module_init(complete_init);  
51 module_exit(complete_cleanup);

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。

问题：

1. 如果完成量还没有处于wait状态，complete先释放了，那么，在完成量等待到来，接下来是什么样的流程？