内核并发poll 加 lock

执行流程
用户空间进程调用write将数据写入设备：执行char_write，更新event_triggered并唤醒等待的进程。有进程因此等待：正在执行的char_read会检查event_triggered，如果为0，执行等待。数据可用时：事件被触发（event_triggered被设为1），之前因等待而被挂起的进程重启，继续执行char_read。

#include <linux/module.h>         // 包含模块相关的头文件，定义模块宏和操作
#include <linux/kernel.h>         // 包含内核相关的头文件，提供基本的内核函数
#include <linux/init.h>           // 包含模块初始化和卸载相关的头文件
#include <linux/fs.h>             // 包含文件系统相关的头文件，定义字符设备操作函数
#include <linux/cdev.h>           // 包含字符设备相关的头文件
#include <linux/poll.h>           // 包含poll相关的头文件
#include <linux/wait.h>           // 包含等待队列相关的头文件
#include <linux/sched.h>          // 包含调度相关的头文件
#include <linux/uaccess.h>        // 包含用户空间和内核空间数据访问相关的头文件#define DEVICE_NAME "epoll_example"              // 定义设备名称
#define CLASS_NAME "epoll_example_class"         // 定义设备类别名称
// 假设我们存储了写入的数据
static char kbuf[256]; // 用于保持写入的数据
static size_t data_size = 0; // 数据大小// 定义设备的主设备号
static int major_number;
// 定义设备类
static struct class* char_class = NULL;
// 定义设备
static struct device* char_device = NULL;
// 定义字符设备结构体
static struct cdev cdev;// 定义读取时的等待队列头
static wait_queue_head_t read_wait;
// 标志变量，表示是否发生事件
static int event_triggered = 0;static DEFINE_SPINLOCK(event_lock); // 定义一个自旋锁// 设备打开函数
static int char_open(struct inode *inode, struct file *file) {printk(KERN_INFO "Device opened: PID=%d, INODE=%lx\n", current->pid, (unsigned long)inode->i_ino); // 打印设备打开信息和当前进程的PIDreturn 0; // 返回成功
}// 设备关闭函数
static int char_release(struct inode *inode, struct file *file) {printk(KERN_INFO "Device closed: PID=%d, INODE=%lx\n", current->pid, (unsigned long)inode->i_ino); // 打印设备关闭信息和当前进程的PIDreturn 0; // 返回成功
}// 更新char_write
static ssize_t char_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t len, loff_t *offset) {if (len > sizeof(kbuf) - 1) {return -EINVAL; // 返回无效参数错误}if (copy_from_user(kbuf, buf, len)) {return -EFAULT; // 返回错误，如果数据复制失败}kbuf[len] = '\0'; // 确保字符串以空字符结束data_size = len;  // 记录数据大小spin_lock(&event_lock); // 加锁event_triggered = 1; // 设置事件标志spin_unlock(&event_lock); // 解锁wake_up_interruptible(&read_wait); // 唤醒等待的读取操作return len; // 返回写入的字节数
}// 更新char_read
static ssize_t char_read(struct file *file, char __user *buf, size_t len, loff_t *offset) {// 检查数据是否被触发if (!event_triggered) {wait_event_interruptible(read_wait, event_triggered != 0); // 等待事件触发}// 将数据写入用户空间if (copy_to_user(buf, kbuf, data_size)) {return -EFAULT; // 返回错误，如果数据复制失败}spin_lock(&event_lock); // 加锁event_triggered = 0; // 重置标志spin_unlock(&event_lock); // 解锁printk(KERN_INFO "读取数据完成\n");return data_size; // 返回读取的字节数
}// 设备轮询函数
static unsigned int char_poll(struct file *file, poll_table *wait) {unsigned int mask = 0;// 将当前进程加入到等待队列中poll_wait(file, &read_wait, wait);printk(KERN_INFO "记录当前进程加入到等待队列中\n"); // 记录轮询状态// 如果事件触发，设置相应的标志if (event_triggered) {mask |= POLLIN | POLLRDNORM; // 设置POLLIN和POLLRDNORM标志printk(KERN_INFO "记录事件已触发: %u\n", mask); // 记录事件已触发}return mask; // 返回轮询状态
}// 文件操作结构体
static struct file_operations fops = {.owner = THIS_MODULE,           // 模块的所有者.open = char_open,              // 设备打开操作.release = char_release,        // 设备关闭操作.write = char_write,            // 添加写操作.read = char_read,              // 设备读取操作.poll = char_poll,              // 设备轮询操作
};// 模块初始化函数
static int __init char_init(void) {// 动态注册字符设备，并获取主设备号major_number = register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &fops);if (major_number < 0) {printk(KERN_ALERT "Failed to register a major number\n"); // 打印错误信息return major_number; // 返回错误码}printk(KERN_INFO "记录成功注册的主设备号: %d\n", major_number); // 记录成功注册的信息// 创建设备类char_class = class_create( CLASS_NAME);if (IS_ERR(char_class)) {unregister_chrdev(major_number, DEVICE_NAME); // 卸载字符设备printk(KERN_ALERT "Failed to register device class\n"); // 打印错误信息return PTR_ERR(char_class); // 返回错误码}printk(KERN_INFO "设备类注册成功\n"); // 记录设备类注册成功// 创建设备节点char_device = device_create(char_class, NULL, MKDEV(major_number, 0), NULL, DEVICE_NAME);if (IS_ERR(char_device)) {class_destroy(char_class); // 销毁设备类unregister_chrdev(major_number, DEVICE_NAME); // 卸载字符设备printk(KERN_ALERT "Failed to create the device\n"); // 打印错误信息return PTR_ERR(char_device); // 返回错误码}printk(KERN_INFO "设备节点创建成功\n"); // 记录设备节点创建成功// 初始化字符设备cdev_init(&cdev, &fops);cdev_add(&cdev, MKDEV(major_number, 0), 1); // 向内核注册字符设备init_waitqueue_head(&read_wait); // 初始化等待队列头printk(KERN_INFO "驱动初始化成功\n"); // 打印初始化成功信息return 0; // 返回成功
}// 模块退出函数
static void __exit char_exit(void) {cdev_del(&cdev); // 删除字符设备device_destroy(char_class, MKDEV(major_number, 0)); // 销毁设备节点class_unregister(char_class); // 注销设备类class_destroy(char_class); // 销毁设备类unregister_chrdev(major_number, DEVICE_NAME); // 卸载字符设备printk(KERN_INFO "驱动卸载成功\n"); // 打印卸载成功信息
}// 模块初始化和退出注册
module_init(char_init); // 注册初始化函数
module_exit(char_exit); // 注册退出函数MODULE_LICENSE("GPL"); // 指定模块许可证
MODULE_AUTHOR("gopher"); // 指定模块作者
MODULE_DESCRIPTION("A simple character device driver with epoll support"); // 模块描述
MODULE_VERSION("1.0"); // 模块版本

测试

测试程序说明线程创建：
程序创建了多个线程（NUM_THREADS），每个线程负责向设备写入数据。写入操作：
每个线程会循环执行写入操作（NUM_WRITES次），每次写入一条消息到设备。延迟模拟：
在每次写入后，线程会休眠一小段时间（usleep(1000)），以模拟实际应用中的延迟。线程同步：
主线程会等待所有子线程完成后再结束程序。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>#define DEVICE_PATH "/dev/epoll_example" // 设备路径
#define NUM_THREADS 10 // 定义线程数量
#define NUM_WRITES 100 // 每个线程写入的次数// 线程函数，向设备写数据
void *write_to_device(void *threadid) {long tid = (long)threadid; // 获取线程IDint fd = open(DEVICE_PATH, O_WRONLY); // 打开字符设备if (fd == -1) {perror("打开设备失败"); // 打印打开设备失败的信息pthread_exit(NULL); // 退出线程}char message[256]; // 用于存储写入信息的缓冲区for (int i = 0; i < NUM_WRITES; i++) {// 格式化写入消息snprintf(message, sizeof(message), "线程 %ld: 写入 %d\n", tid, i);ssize_t bytes_written = write(fd, message, strlen(message)); // 向设备写数据if (bytes_written < 0) {perror("写入设备失败"); // 打印写入设备失败的信息} else {printf("线程 %ld 写入: %s", tid, message); // 输出已写入的消息}usleep(1000); // 模拟一些延迟}close(fd); // 关闭设备pthread_exit(NULL); // 退出线程
}int main() {pthread_t threads[NUM_THREADS]; // 创建线程数组int rc; // 返回结果变量long t; // 线程计数器// 创建多个线程for (t = 0; t < NUM_THREADS; t++) {printf("正在创建线程 %ld\n", t); // 输出创建线程的消息rc = pthread_create(&threads[t], NULL, write_to_device, (void *)t); // 创建线程if (rc) {printf("错误: pthread_create() 返回代码是 %d\n", rc); // 输出错误信息exit(-1); // 退出程序}}// 等待所有线程完成for (t = 0; t < NUM_THREADS; t++) {pthread_join(threads[t], NULL); // 等待线程结束}printf("所有线程已完成。\n"); // 输出所有线程完成的信息return 0; // 返回 0 表示成功
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>#define DEVICE_PATH "/dev/epoll_example" // 设备路径
#define NUM_THREADS 100   // 定义线程数量
#define NUM_WRITES 1000   // 每个线程写入的次数void *write_to_device(void *threadid) {long tid = (long)threadid;int fd = open(DEVICE_PATH, O_WRONLY);if (fd == -1) {perror("Failed to open device");pthread_exit(NULL);}char message[256];for (int i = 0; i < NUM_WRITES; i++) {snprintf(message, sizeof(message), "线程 %ld: 写入 %d\n", tid, i + 1);write(fd, message, strlen(message)); // 写入设备}close(fd);pthread_exit(NULL);
}int main() {pthread_t threads[NUM_THREADS]; // 创建线程数组int rc;struct timeval start, end;gettimeofday(&start, NULL); // 记录开始时间// 创建多个线程for (long t = 0; t < NUM_THREADS; t++) {rc = pthread_create(&threads[t], NULL, write_to_device, (void *)t);if (rc) {printf("Error: pthread_create() return code is %d\n", rc);exit(-1);}}// 等待所有线程完成for (int t = 0; t < NUM_THREADS; t++) {pthread_join(threads[t], NULL);}gettimeofday(&end, NULL); // 记录结束时间long seconds = end.tv_sec - start.tv_sec; // 计算耗时long microseconds = end.tv_usec - start.tv_usec;long elapsed = seconds * 1000000 + microseconds; // 总耗时微秒printf("所有线程已完成。总耗时: %ld 微秒\n", elapsed);return 0;
}