linux内核完成量

原文：

完成量（completion）机制基于等待队列，内核利用这个机制等待某一个操作结束，这两种机制使用得都比较频繁，主要用于设备的驱动程序。完成量与信号量有些相似，但完成量是基于等待队列实现的。

我们只感兴趣完成量的接口。在场景中有两个参与者，一个在等待某操作的完成，而另一个在操作完成时发出声明，实际上，这已经被简化过了。实际上，可以有任意数目的进程等待操作完成，为表示进程等待的即将完成的『某操作』，内核使用了complietion数据结构，代码如下：

<kernel/completion.h>

struct completion
{
    unsigned int done;
    wait_queue_head_t wait;
};

我们可以看到wait变量是一个wait_queue_head_t结构体，是等待队列链表的头，done是一个计数器。每次调用completion时，该计数器就加1，仅当done等于0时，wait_for系列函数才会使调用进程进入睡眠。实际上，这意味着进程无需等待已经完成的事件。
其中wait_queue_head_t已经在等待队列中记录过了，代码如下：

<linux/wait.h>

struct __wait_queue_head
{
    spinlock_t lock;
    struct list_head task_list;
};

typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;

init_completion()函数用于初始化一个动态分配的completion实例，而DECLARE_COMPLETION宏用来建立该数据结构的静态实例。init_completion()函数代码如下:

<kernel/completion.h>

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

从上面代码中可以看到，初始化完成量会将done字段初始化为0，并且初始化wait链表。进程可以用wait_for_completion添加到等待队列，进程在其中等待，并以独占睡眠状态直到请求被内核的某些部分处理，这些函数都需要一个completion实例：

<kernel/completion.h>

extern void wait_for_completion( struct completion *);
extern int wait_for_completion_interruptible( struct completion *x);
extern int wait_for_completion_killable( struct completion *x);
extern unsigned long wait_for_completion_timeout( struct completion *x, unsigned long timeout);
extern unsigned long wait_for_completion_interruptible_timeout( struct completion *x, unsigned long timeout);
extern bool try_wait_for_completion( struct completion *x);
extern bool completion_done( struct completion *x);
extern void complete( struct completion *);
extern void complete_all( struct completion *);

通常进程在等待事件的完成时处于不可中断状态，但如果使用wait_for_completion_interruptible可以改变这一设置，如果进程被中断，则函数返回-ERESTARTSYS，否则返回0.

wait_for_completion_timeout等待一个完成事件发送，但提供了超时的设置，如果等待时间超过了这一设置，则取消等待。这有助于防止无限等待某一时间，如果在超时之间就已经完成，函数就返回剩余时间，否则就返回0。

wait_for_completion_interruptible_timeout是前两种的结合体。

在请求由内核的另一部分处理之后，必须调用complete或者complete_all来唤醒等待的进程。因为每次调用只能从完成量的等待队列移除一个进程，对n个等待进程来说，必须调用函数n次。另一方面，complete_all会唤醒所有等待该完成的进程。

除此之外，还有complete_and_exit方法，该方法是一个小的包装起，首先调用complete，然后调用do_exit结束内核线程。

<kernel/exit.c>

NORET_TYPE void complete_and_exit( struct completion *comp, long code)
{
    if (comp) complete(comp);
    do_exit(code);
}

在completion结构体中，done是一个计数器。complete_all的工作方式与之类似，但它会将计数器设置为最大的可能值，这样，在事件完成后调用wait_for系列函数的进程将永远不会睡眠。

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EOF