第 1 部分针对 Oracle Solaris 平台设计设备驱动程序
9. 直接内存访问 (Direct Memory Access, DMA)
14. 分层驱动程序接口 (Layered Driver Interface, LDI)
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。
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:
向基于条件变量等待的所有线程发出信号。
销毁条件变量。
初始化条件变量。
向基于条件变量等待的一个线程发出信号。
等待条件、超时或信号。请参见线程无法接收信号。
等待条件或超时。
等待条件。
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。
针对每个条件声明一个 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。
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:
获取用于保护条件的互斥锁。
测试条件。
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。
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。
释放互斥锁。
请在代码路径中执行以下步骤以发出条件信号:
获取用于保护条件的互斥锁。
设置条件。
使用 cv_broadcast(9F) 向阻塞的线程发出信号。
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); }
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:
内部驱动程序状态发生变化,在此情况下状态变化可能要求执行一些命令或设置要经过的时间
驱动程序的某些部分必须单线程执行
已在管理可能超时的情况,如 "A" 取决于 "B",同时 "B" 使用 cv_timedwait(9F)
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) 允许使用信号来解除阻塞线程。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(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。