本节是本书中《高级字符驱动程序操作》章节的第二节内容。本节主要涉及到的是进程睡眠和唤醒相关的内容。
本节主要涉及以下内容：
- 休眠的简单介绍
- 休眠与唤醒相关的操作函数
1. 休眠简介
休眠是指进程被标记为一种特殊状态，并从调度器的运行队列中移走。休眠的进程会被搁置在一边，等待将来的某个事件发生，修改这种特殊状态，之后才会在任意CPU上调度并运行该进程。
让进程进入休眠状态是很容易的，但让进程安全进入休眠，需要记住以下规则：
- 永远不要在原子上下文中进入休眠：即不能在拥有自旋锁时休眠；拥有信号量的时候可以休眠，但要保证拥有的信号量不会阻塞唤醒我们的进程。
- 当进程被唤醒时，永远无法知道休眠了多长时间，或者休眠期间发生了什么事情：唤醒之后必须检查以确保我们等待的条件为真。
2. 休眠与唤醒相关操作
休眠的进程如果要被唤醒，必须让唤醒的进程能够找到休眠的进程。在Linux中，维护了一个称为等待队列的数据结构，它是一个进程链表，其中包含了等待某个特定事件的所有进程。
等待队列由等待队列头来管理，其定义在 <linux/wait.h> 头文件中，是一个 wait_queue_head_t 结构体。可以通过以下方式进行定义并初始化一个等待队列头：
// 静态定义并初始化
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name);
// 动态定义并初始化
wait_queue_head_t my_queue;
init_waitqueue_head(&my_queue);
当进程需要某个条件为真时才能继续运行，如果条件不满足，需要进入到休眠状态。这种情况可以使用 wait_event 宏及其它的几个变种来实现：
wait_event(queue, condition)
wait_event_interruptible(queue, condition)
wait_event_timeout(queue, condition, timeout)
wait_event_interruptible_timeout(queue, condition, timeout)
其中：
-
queue是上面说的等待队列头，其传递的是值不是指针。 -
condition是一个布尔表达式，如果condition结果为假，则进入休眠，如果为真则继续运行；需要注意的是，该condition表达式可能会被多次运算，因此需要注意该表达式不要产生副作用。 -
timeout是超时的时间，以jiffy表示，超过给定的时间后，无论condition的结果如何，这个宏都会返回，进程继续运行。
有休眠自然有对应的唤醒方法，主要是以下两个：
void wake_up(wait_queue_head_t *queue);
void wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *queue);
wake_up 会唤醒给定 queue 上的所有进程，而 wake_up_interruptible 只会唤醒 queue 中的可中断的进程。通常约定 wait_event 使用 wake_up 唤醒，wait_event_interruptible 使用 wake_up_interruptible 唤醒。
3. 休眠唤醒实例
基于上面的休眠唤醒相关宏和函数，我们修改scull_lock设备，将其从信号量控制数据打印更改为休眠唤醒的方式。
设备设计如下：设备名称命名为scull_sleep，当读取进程在数据量小于20的时候会休眠，每次写入数据的时候唤醒读取进程；唤醒读取进程后，如果数据量未达到20，则继续休眠，否则读取进程读取数据并返回，然后清空数据。
完整代码位于：
https://gitee.com/Quehehe/LinuxDeviceDriver/tree/master/scull_sleep
读取数据的接口函数部分代码如下：
ssize_t scull_read (struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *loff)
{
......
ret = wait_event_interruptible(dev->read_wait_queue,
dev->data_length >= DATA_SIZE_LIMIT); /* 等待数据达到指定的数据量 */
if (ret != 0) { /* 休眠被中断 */
printk(KERN_ALERT "wait for data error!\n");
return 0;
}
......
dev->data_length = 0; /* 清空数据 */
return size;
}
使用宏 wait_event_interruptible() 来实现进程在不满足条件的情况下睡眠，条件为数据长度 dev->data_length 大于等于 DATA_SIZE_LIMIT。
读取完成后，将 dev->data_length 清0，即进行了数据清除操作。
写入数据的接口函数部分代码如下：
ssize_t scull_write (struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *loff)
{
......
dev->data_length += size;
wake_up_interruptible(&dev->read_wait_queue); /* 唤醒读取数据进程 */
return size;
}
写入数据的时候不会重新写入，而是在之前的基础上进行累加，并且写入完成后即调用wake_up_interruptible() 函数唤醒读取进程。
4. 休眠唤醒实例测试
在项目根目录下执行 make，在scull_sleep目录中生成 scull_sleep.ko 模块，将其加载到系统中。
使用root权限执行scull_sleep目录下的 cat_scull_sleep.sh 脚本，开启读取数据的进程，此时由于数据为空，进程会睡眠，不打印任何信息：
往 /dev/scull_sleep0 节点中写入数据：
可以看到读取数据进程仍然没有打印任何信息，而不像之前的信号量那样，写入后直接打印数据，这是因为数据量不够我们设定的值，读取线程被唤醒后又再次进入到睡眠状态。
我们再次写入数据，达到我们设定的数据长度20后，结果如下：
当我们写入的数据累计足够后，会打印出所有的数据。
当我们一次性写入足够的数据后，也会直接打印出来：
因此，驱动代码按照我们的预期运行。
