2_2_0___设计

happyzlz

                2_2_0___设计
    因为 pipe 模块实现的机能很简单，因此作为字符设备驱动程序，我实现了 open / release / write / read ，另外 skyeye 使用了 select 方法监视设备，因此又添加了 poll 实现。
    当用户空间读取 pipe 的时候，可能还没有数据，或者写入的时候没有空间了，这应该是最经典的情况，我按照 linux设备驱动程序（LDD）第3版 第6章 阻塞和非阻塞 的方法进行了对应：
    如果是非阻塞读取：
    1 有数据，立刻返回真实的数据。
    2 没有数据，立刻返回 0。
    如果是阻塞读取：
    1 有数据，立刻返回真实读取数据的大小。
    2 没有数据，睡眠等待数据到来。
    3 在睡眠的过程中，如果被信号啥的唤醒了，则立刻返回 -ERESTARTSYS。
    4 如果被其他什么东西唤醒了，继续检查有无数据，没有的话，继续睡觉。
    如果是非阻塞写入：
    1 有空间，立刻返回真实写入的大小。
    2 没有空间，立刻返回 0。
    如果是阻塞写入：
    1 有空间，立刻返回真实写入的大小。
    2 没有空间，水面等待数据到来。
    3 在睡眠的过程中，如果被信号啥的唤醒了，则立刻返回 -ERESTARTSYS。
    4 如果被其他什么东西唤醒了，继续检查有无空间，没有的话，继续睡觉。
   
    在编码形式上，因为需要创建两个字符设备，一个是 pipe0 一个是 pipe1 ，而这两个设备对应的 能力（read/write啥的）是完全一样，因此他们公用同一套处理函数，只不过在处理函数中通过判断 字符设备的 minor 号判断当前应用程序正在处理哪一个设备文件。
    另外，如果存在多人读取或者多人写入的情况，那么读取到的数据就是不确定的，为了避免这种情况我之允许 pipe0 和 pipe1 在同一时刻只能被打开一次，多次打开返回错误 -EBUSY。
    按照上面的想法，对于 linux  内核方法的使用，主要用了 自旋锁(spinlock) ，等待队列(waitqueue) 的方法。
    数据结构的设计：
    pipe0 和 pipe1 各自私有一个数据结构，这个数据结构主要是描述 设备本身是谁（minor号），以及数据缓冲，当然还有辅助的数据结构。
    因此从逻辑上可以分成 2 个数据结构，一个用于描述 设备，一个用于描述 缓冲。
    在 设备结构 中，
    需要一个 锁 和 变量 来标识 设备被打开的次数。（本来想用atmoc_t实现的，但是没编译通过）
    需要一个 真正的 数据缓冲，考虑到交互的数据不大，我觉得 4000 字节应该够了。
    为了提高代码的通用性，又定义了 wb 指针指向对方的 数据缓冲， rb 指向自己的缓冲。
    在 缓冲结构 中，
    需要一个 锁 防止对关键数据的重入。（写入位置 和 读取位置）
    需要一个 针对读取的 等待队列。
    需要一个 针对写入的 等待队列。
    需要缓冲区的描述 ： 写入位置／读取位置／缓冲区
    在设计 写入位置／读取位置 的时候，我习惯性的使用了指针，但是发现判断 没有数据 和 初始化状态的时候，会很困难，因为都会指向缓冲区的头，翻阅 LDD 的时候，发现内核已有实现比较巧妙，因此借鉴了它的方法。用相对位置，然后再转化为绝对位置。 ( 内核目录 include/linux/kfifo.h  kernel/kfifo.c )
    下面是数据结构图：
    2_2_1___pipe_struct.dia
   
    2_2_1___pipe_struct.png


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本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u2/68424/showart_681427.html