[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\n",current->pid,current->comm); 18 wait_for_completion(&comp); 19 printk(KERN_ERR "awoken %i (%s)\n",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...\n",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？
