第31章：内核调度机制：
概述：这一章要介绍四种内核调度的机制，原子操作，信号量，互斥锁，自旋锁，这四种方式都是进行对进行独占式访问或者有限制访问的情况所准备的。比如：火车票不能同时卖出去两张。再比如，教室里的座位是有限的，必须走一个人，才能新进来一个人，四种方式各有各的特点，某一些情况下是可以通用的，比如在不需要休眠的场合，某些情况是要根据自身的特点进行应用，比如有休眠的场合，原子操作不能对整个驱动进行独占式的访问，而只能对驱动当中的部分资源进行独占式的访问。原子操作不是所有的CPU都支持的，需要CPU有原子的硬件功能才可以，我们的EXYNOS4412CPU可以支持。
31-1-1：原子操作：
顾名思义，就是机器码层面上的最小操作单位，是在汇编层面上实现的。可以通过这种方法来对资源进行独占式的判断。
31-1-2：原子操作相关的头文件，结构体，函数，头文件：
1) 头文件：#include <linux/atomic.h>
2) 结构体：atomic_t 定义结构体类型，内部只有一个成员 counter ：原子值
3) 宏(函数)相关：
a. ATOMIC_INIT(i)
作用：对原子量赋初值，初始化一个原子量
参数：原子值的初值
返回值：返回赋值号的原子值
b. atomic_dec_and_test(v)
作用：对原子值进行减1操作如果结果为0，表示真，则返回1，如果结果不为零，表示假，则返回0
参数：原子结构体指针
返回值：请看作用
c. atomic_inc_and_test(v)
作用：对原子值进行加1操作如果结果为0，表示真，则返回1，如果结果不为零，表示假，则返回0
参数：原子结构体指针
返回值：请看作用
d. atomic_inc(v)或者是atomic_dec(v)
作用：对原子量进行加1或者是减1操作而不判断
参数：原子结构体指针
e. atomic_read(v)
作用：读取原子量的值
参数：原子结构体指针
返回值：当前查询到的原子值
f. atomic_set(struct atomic_t *v,count)
作用：将原子值设置为指定的值
参数1：原子结构体指针
参数2：想要设定的原子值
31-1-3：具体代码：
参考视频和代码
31-2-1：互斥信号量：
互斥信号量和原子操作类似，是对共享资源进行独占式访问的功能，当一个APP获得驱动相关资源后，别的APP试图访问这些共享资源时，就会进入休眠状态，不再继续往下执行，直到第一个APP释放掉这些资源并被另外的APP获得后，才能够继续往下执行。
31-2-2：互斥信号量使用到的头文件，结构体，函数，头文件：
1) 头文件：#include <linux/mutex.h>
2) 结构体：struct mutex{
。。。。。。 //成员不需要目前我们去掌握，先要求学会用法
}
3) 函数相关
a. mutex_init(mutex)
作用：初始化一把互斥锁
参数：互斥锁结构体指针
b. mutex_lock(lock)
作用：申请互斥锁，当申请到互斥锁之后，这一行代码之后到释放互斥锁之前的资源就属于独占访问资源了。
参数：互斥锁结构体指针
c. mutex_unlock(x)
作用：释放互斥锁，释放后，别的进程就可以去抢占或者由系统分配互斥锁了
参数：互斥锁结构退指针
d. static inline voidmutex_destroy(struct mutex *lock)
作用：销毁互斥锁
参数：互斥锁结构体指针
e. int __schedmutex_trylock(struct mutex *lock)
作用：非阻塞的申请一个信号量，不管是否申请到，都继续执行接下来的代码，但是一旦申请到了，别的app采用阻塞方式来申请互斥锁(mutex_lock)时同样会进入休眠
参数：互斥锁结构体指针
返回值：申请到了返回1，没有申请到返回0
特别注意：因为会产生休眠，不能在中断当中使用，但是可以在中断底部的工作队列中使用，不能在定时器和任务当中使用。互斥锁和自旋锁的作用几乎完全一致，区别在于申请不到锁的进程会进入休眠并释放CPU，而自旋锁申请不到锁的进程会死等不会释放CPU
31-2-3：具体代码：
请参考视频和代码
31-3-1：信号量：
信号量是对共享资源实现有限访问的一种措施，互斥锁只允许一个进程对资源进行独占式访问，而信号量可以n个进程对共享资源进行访问，n可以由代码开发人员控制。信号量在被进程获得后会自行减少，也可以由开发人员去增加，互斥锁起始就是只有一个信号值的信号量，叫做二值信号量，只有0，和1两个值，进程在申请信号量的时候，如果信号量已经没有了，那么试图访问信号量的进程就会进入休眠状态，等待信号量被释放并获得之后才能唤醒并继续工作。因此，信号量也不能用在中断当中使用
特别注意：信号量是针对多个进程多统一资源的共享式访问而创建的机制，可以n个进程访问同一个资源，n可以由开发人员设置，申请不到信号量的进程会进入休眠等待状态，因为信号量会产生休眠，所以不能在中断当中使用，可以在工作队列中使用，不能在定时器和任务当中使用
31-3-2：信号量所使用到的头文件，结构体，函数：
1) 头文件：#include <linux/semaphore.h>
2) 结构体：
struct semaphore
{
。。。。。。//成员暂时不需要去深究
}
3) static inline voidsema_init(struct semaphore *sem, int val)
作用：初始化一个信号量、
参数1：信号量指针
参数2：信号量的初始值
4) void down(struct semaphore*sem)
作用：申请信号量(申请到了之后，会消耗一个信号值)
参数：信号量结构体指针
5) up(x)
作用：释放信号量(让信号量的值增加1)
参数：信号量结构体指针
6) 不用专门去释放它，等到进程结束之后自动信号量自动删除
7) int down_trylock(structsemaphore *sem)
作用：非阻塞方式申请信号量
参数：信号量结构体指针
申请到信号量：返回1
没有申请到：返回0
注意：这个函数不管是否申请到了信号量自身都不会产生阻塞，但是如果申请到了最后一个，别的进程调用down()函数再次申请信号量的时候也会产生阻塞，应该通过返回值来判断编写申请到和没有申请到信号量的情况
31-3-3：具体代码
参考视频和代码
31-4-1：自旋锁：
自旋锁和互斥锁的功能是非常接近的，区别在于调用互斥锁的进程如果申请不到锁，会进入休眠状态等待锁被释放，而调用自旋锁的进程如果申请不到锁则会进入死等状态，不会休眠，类似于while(1)的死循环，等待锁释放。自旋锁保护起来的资源中绝对不能休眠，否则在极端情况下可能会出现没有CPU去唤醒休眠进程的情况。实际上，自旋锁对代码的保护只能是极短的时间，要求被保护的代码越短越好，如果时间稍长，就会出现内核报错。自旋锁可以在中断当中使用，因为不会产生休眠
需要特别注意的：自旋锁保护的资源中不能有休眠函数，如果非要用udelay()这样的非休眠延时函数，还不如用互斥锁，自旋锁可以在中断当中使用，申请了之后应该尽快释放，保护的代码尽量简短。因为自旋锁保护资源时间短的特点，不能对整个驱动资源进行保护
31-4-2：自旋锁所使用到的头文件，结构体，函数
1) 头文件 #include <linux/spinlock.h>
2) 结构体：通过 spinlock_t 类型来定义结构体
3) spin_lock_init(_lock)
作用：初始化自旋锁
参数：自旋锁结构体指针
4) static inline voidspin_lock(spinlock_t *lock)
作用：申请自旋锁
参数：自旋锁结构体指针
5) static inline voidspin_unlock(spinlock_t *lock)
作用：释放自旋锁
参数：自旋锁结构体指针
31-4-3：具体代码
第32章：等待队列与POLL函数
32-1：等待队列是什么？有什么意义？
文字描述：进程可以被在某处休眠之后挂载到一个提前定义好的等待队列链表中，挂上链表之后，进程就处于休眠状态，链表中可以挂入多个进程，等待需要唤醒进程的时候，通过专门的函数去唤醒等待队列链表头，就可以让不同时进入休眠状态的多个进程同时唤醒并同时开始继续工作。
32-2：用普通的方法来完善read()函数和其缺陷
1) 在fcntl.h头文件当中有一个 O_NONBLOCK宏，这个宏的作用是不阻塞的打开文件
2) Struct file *fd成员的fd->f_flags成员代表的是应用层传递进来的参数，如果与上O_NONBLOCK结果为正值，说明非阻塞方式打开文件，如果结果为0，则为阻塞方式打开文件
3) 程序设计：通过按键中断来设置数据是否变化，如果有按键按下，表示数据发生了变化，可以读取，如果没有按键按下，代表数据没有发生变化，应该阻塞住不能读取。
4) 代码请参考视频
5) 缺陷：阻塞状态下死等，占用CPU
32-3：等待队列头文件
#include <linux/wait.h> #include<linux/sched.h>
32-4：等待队列结构体，函数，等等
1) 结构体定义：通过类型wait_queue_head_t定义结构体，结构体的内容先不用去深究，先掌握使用方法
2) init_waitqueue_head(q)
作用：初始化一个等待队列头(结构体)
参数：等待队列结构体指针
3) wait_event(wq, condition)
作用：形成一个等待事件，本质上是将进程挂到等待队列链表中去，这个宏可以用在进程的任意处(中断除外)，当程序执行的这一行代码就会被挂到等待队列中，停止继续往下执行，并且释放CPU，进入休眠状态
参数1：等待队列结构体，注意：不是指针，是结构体变量
参数2：唤醒条件，唤醒条件在未唤醒的时候应该是0，唤醒状态之后应该置1，只有替换将唤醒条件置1之后，才能去唤醒等待队列，否则唤醒无效，condition是一个变量，注意，应该是一个全局变量，而且此处必须是变量不能是常量
4) wake_up(x)
作用：唤醒一整个等待队列
参数：等待队列头结构体指针
注意：唤醒之前应该要讲唤醒条件置1，否则唤醒无效
32-5：使用等待队列来实现read()函数的阻塞
参考视频和代码
32-6：poll函数介绍
轮询函数：poll函数可以对多个描述符进行轮询，轮询的目标不是读取数据，而是读取描述符是否数据可读的标识(就是判断是否发生了变化或者数据更新),如果判断标识可读，再精确去读指定的描述符，如果判断不可读，而立马轮询下一个，这样可以极大的节约CPU资源。
对于LINUX驱动开发者来说，底层的POLL函数需要自己去实现功能
我们要做的事情
a. 在驱动层实现POLL功能，什么时候表示可读，什么时候表示可写
b. 在应用层学会使用POLL函数，如何去查询描述符状态是否有改变
32-7：poll函数头文件和函数原型
1) 应用层：#include <poll.h>
函数原型：int poll(structpollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout)
作用：描述符状态轮询功能
参数1：structpollfd 是一个专门用来保存多个描述符的结构体
参数2：描述符的数量
参数3：超时设置: -1：阻塞 0：不阻塞 大于0：超时毫秒数
返回值：-1：代表函数执行出错，结果不可用 0：超时，没有描述符发生变化+1：
代表有描述符发生了变化，然后就要去判断是哪一个描述符发生了变化
2) 驱动层：#include <linux/poll.h>
unsigned int (*poll) (struct file *, structpoll_table_struct *) //这是函数指针原型
作用：配合应用层poll函数实现轮询功能，需要开发人员去实现
参数1：文件结构体指针
参数2：等待列表，等待链表是系统当中的等待队列为单位组成的列表
返回值：返回的是查询结果，是开发人员重点考虑的对象，此函数原型的返回值就是应用层用来判断描述符是否发生变化的依据
3) static inline voidpoll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address,
poll_table *p)
作用：实现POLL功能的关键函数，此函数要结合一个等待队列来使用，如果应用层设置为阻塞，那么这个函数与就会一直卡住(将进程彻底挂上等待队列),如果应用层设置为超时,那么次函数会在超时时间内将进程挂上等待队列，超时时间结束将进程从等待队列上取下，如果应用层设置为不阻塞，那么此函数不会产生阻塞。
参数1：文件结构体
参数2：等待队列结构体指针
参数3：等待列表，直接取值驱动层poll函数的参数
4) 相关的宏：文件是否可读可写的标识不是随意定的，内核提供了专门的宏来表示文件是否发生了可读或者可写的变化：
#define POLLIN 0x0001 //发生了可读事件
#define POLLOUT 0x0004 //发生了可写事件
#definePOLLRDNORM 0x0040 //与可读事件一起表示正常可读事件
#define POLLWRNORM 0x0100 //与可写事件一起表示正常可写事件
5) struct pollfd {
int fd; /* file descriptor 文件描述符*/
short events; /* requested events请求发生的事件，比如我们要从文件中读取
数据，那么这个就应该填POLLIN，表示我们期待的是可以从文件中读数据的状态 */
short revents; /* returnedevents这个成员填入0，等到POLL函数执行完毕之后
，这个成员会被程序赋值，通过判断这个成员是否是我们期望的状态，就知道文件是否可读或者可写了 */