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编写设备驱动程序

线程同步

除了保护共享数据外，驱动程序通常需要在多个线程之间同步执行。

线程同步中的条件变量

条件变量是线程同步的标准形式。这些变量专门用于互斥锁。关联互斥锁可以确保条件的检查是原子操作，并且线程可以基于关联的条件变量阻塞，同时不会忽略对条件的更改或条件已更改的信号。

condvar(9F) 函数包括：

cv_broadcast(9F)

向基于条件变量等待的所有线程发出信号。

cv_destroy(9F)

销毁条件变量。

cv_init(9F)

初始化条件变量。

cv_signal(9F)

向基于条件变量等待的一个线程发出信号。

cv_timedwait(9F)

等待条件、超时或信号。请参见线程无法接收信号。

cv_timedwait_sig(9F)

等待条件或超时。

cv_wait(9F)

等待条件。

cv_wait_sig(9F)

等待条件或在收到信号时返回零。请参见线程无法接收信号。

初始化条件变量

针对每个条件声明 kcondvar_t 类型的条件变量。通常，条件变量是驱动程序定义的数据结构中的一个变量。使用 cv_init(9F) 可初始化每个条件变量。与互斥锁类似，条件变量通常在执行 attach(9E) 时初始化。以下是一个初始化条件变量的典型示例：

cv_init(&xsp->cv, NULL, CV_DRIVER, NULL);

有关条件变量初始化的较完整示例，请参见第 6 章。

等待条件

要使用条件变量，请在等待条件的代码路径中执行以下步骤：

  1. 获取用于保护条件的互斥锁。

  2. 测试条件。

  3. 如果测试结果表明不允许线程继续执行，请使用 cv_wait(9F) 根据条件阻塞当前线程。cv_wait(9F) 函数将在阻塞线程之前释放互斥锁，并在返回之前重新获取互斥锁。从 cv_wait(9F) 返回时，重复该测试。

  4. 测试表明允许线程继续执行后，请将条件设置为其新值。例如，将设备标志设置为繁忙。

  5. 释放互斥锁。

发出条件信号

请在代码路径中执行以下步骤以发出条件信号：

  1. 获取用于保护条件的互斥锁。

  2. 设置条件。

  3. 使用 cv_broadcast(9F) 向阻塞的线程发出信号。

  4. 释放互斥锁。

以下示例使用繁忙标志以及互斥锁和条件变量来强制 read(9E) 例程进行等待，直到设备不再繁忙时为止，然后开始传送。

示例 3–1 使用互斥锁和条件变量

static int
xxread(dev_t dev, struct uio *uiop, cred_t *credp)
{
        struct xxstate *xsp;
        /* ... */
        mutex_enter(&xsp->mu);
        while (xsp->busy)
                cv_wait(&xsp->cv, &xsp->mu);
        xsp->busy = 1;
        mutex_exit(&xsp->mu);
        /* perform the data access */
}

static uint_t
xxintr(caddr_t arg)
{
        struct xxstate *xsp = (struct xxstate *)arg;
        mutex_enter(&xsp->mu);
        xsp->busy = 0;
        cv_broadcast(&xsp->cv);
        mutex_exit(&xsp->mu);
}

cv_wait() 和 cv_timedwait() 函数

如果使用 cv_wait(9F) 根据某个条件将线程阻塞，但该条件不发生，则该线程将永远等待。要避免这种情况，请使用 cv_timedwait(9F)，它取决于执行唤醒的其他线程。cv_timedwait() 采取绝对等待时间作为参数。如果时间已到但未发生事件，则 cv_timedwait() 将返回 -1。如果满足条件，则 cv_timedwait() 将返回一个正值。

cv_timedwait(9F) 要求自上次重新引导系统以来的绝对等待时间（以时钟周期表示）。通过使用 ddi_get_lbolt(9F) 检索当前值可确定该等待时间。驱动程序通常具有的是最大等待秒数或微秒数，因此需要使用 drv_usectohz(9F) 将该值转换为时钟周期，然后与 ddi_get_lbolt(9F) 的值相加。

以下示例说明如何使用 cv_timedwait(9F) 最多等待五秒钟便访问设备，然后向调用方返回 EIO。

示例 3–2 使用 cv_timedwait() 

clock_t            cur_ticks, to;
mutex_enter(&xsp->mu);
while (xsp->busy) {
        cur_ticks = ddi_get_lbolt();
        to = cur_ticks + drv_usectohz(5000000); /* 5 seconds from now */
        if (cv_timedwait(&xsp->cv, &xsp->mu, to) == -1) {
                /*
                 * The timeout time 'to' was reached without the
                 * condition being signaled.
                 */
                /* tidy up and exit */
                mutex_exit(&xsp->mu);
                return (EIO);
        }
}
xsp->busy = 1;
mutex_exit(&xsp->mu);

虽然设备驱动程序写入器通常首选使用 cv_timedwait(9F) 而不是 cv_wait(9F)，但是有时选用 cv_wait(9F) 会更好。例如，如果驱动程序基于以下条件等待，则使用 cv_wait(9F) 更合适：

cv_wait_sig() 函数

驱动程序可能正在等待不会产生或长时间不会发生的条件。在此类情况下，用户可发送信号中止该线程。根据驱动程序设计，信号可能无法将驱动程序唤醒。

cv_wait_sig(9F) 允许使用信号解除阻塞线程。借助此功能，用户可以通过使用kill(1) 向线程发送信号或键入中断字符，从而免于可能的长时间等待。如果 cv_wait_sig(9F) 由于收到信号而返回，则会返回零；如果条件发生，则返回非零值。但是，对于可能未收到信号的情况，请参见线程无法接收信号。

以下示例说明如何使用 cv_wait_sig(9F) 以允许使用信号解除阻塞线程。

示例 3–3 使用 cv_wait_sig() 

mutex_enter(&xsp->mu);
while (xsp->busy) {
        if (cv_wait_sig(&xsp->cv, &xsp->mu) == 0) {
        /* Signaled while waiting for the condition */
                /* tidy up and exit */
                mutex_exit(&xsp->mu);
                return (EINTR);
        }
}
xsp->busy = 1;
mutex_exit(&xsp->mu);

cv_timedwait_sig() 函数

cv_timedwait_sig(9F) 与 cv_timedwait(9F) 和 cv_wait_sig(9F) 相似，不同之处在于，达到超时后，如果没有发出条件信号，则 cv_timedwait_sig() 将返回 -1，如果向线程发送了信号（例如 kill(2)），则将返回 0。

对于 cv_timedwait(9F) 和 cv_timedwait_sig(9F)，系统将使用上次重新引导系统以来的绝对时钟周期度量时间。