阻止读取操作直到发生外部事件的正确方法？

Question

我正在为数据采集系统开发一个设备驱动程序。有一个pci设备，它同时提供定期的输入和输出数据。然后，linux通过文件操作来管理循环缓冲区中的数据。

系统的数据吞吐量相对较低--每秒接收750,000字节多一点，每秒传输150,000字节。

有一个小的用户空间实用程序，用于为测试目的在循环中写入和读取数据。

下面是驱动程序代码的一部分(为了简单起见，省略了与循环缓冲区相关的所有代码)。PCI设备初始化在其他地方处理，pci_interupt不是中断处理程序的真正入口点)

#include <linux/sched.h>
#include <linux/wait.h>
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wq_head);
static ssize_t read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
    DECLARE_WAITQUEUE(wq, current);
    if(count == 0)
        return 0;
    add_wait_queue(&wq_head, &wq);
    do
    {
        set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
        if(/*There is any data in the receive buffer*/)
        {
            /*Copy Data from the receive buffer into user space*/
            break;
        }
        schedule();
    } while(1);
    set_current_state(TASK_RUNNING);
    remove_wait_queue(&wq_head, &wq);
    return count;
}
static ssize_t write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {
    /* Copy data from userspace into the transmit buffer*/
}
/* This procedure get's called in real time roughly once every 5 milliseconds, 
It writes 4k to the receiving buffer and reads 1k from the transmit buffer*/
static void pci_interrupt() {
    /*Copy data from PCI dma buffer to receiving buffer*/
    if(/*There is enough data in the transmit buffer to fill the PCI dma buffer*/) {
        /*Copy from the transmit buffer to the PCI device*/
    } else {
        /*Copy zero's to the PCI device*/
        printk(KERN_ALERT DEVICE_NAME ": Data Underflow. Writing 0's'");
    }
    wake_up_interruptible(&wq_head);
} 

以上代码很好地工作了很长一段时间，但每12-18小时，有一个数据下流错误。导致零被写入。

我的第一个想法是，由于用户空间应用程序不是真正实时的，它的读写操作之间的时间延迟有时会太大，导致失败。但是，我尝试更改用户空间中的读和写的大小，并更改用户空间应用程序的良好性，这对错误的频率没有影响。

根据错误的本质，我相信在上述三种方法中都存在某种形式的竞赛条件。我不知道linux内核等待队列是如何工作的。

除了上述阻止读取的方法之外，还有其他合适的替代方法吗?或者是否有其他错误导致此行为的原因。

系统信息：

Linux版本: Ubuntu 16.10

Linux内核:Linux4.8.0-低延迟

芯片组: Intel Celeron N 3150/N 3160四核2.08 GHz SoC

TL;DR:，上面的代码每12-18小时就会碰到下流错误，有一种更好的方法来阻止IO或者代码中的某些竞争条件。

Answer 1

linux中使用的一种标准方法也可以在您的情况下使用。

用户空间测试程序: 1.在阻塞模式下打开文件(在linux中默认，直到指定NONBLOCK标志)；2.调用select()来阻塞文件描述符。

内核驱动程序：1.寄存器中断处理程序，只要有数据可用，就会调用它。2.处理程序锁定以保护数据的读写和传输之间的公共缓冲区。请查看这些来自ldd3、book、测试和司机源代码的链接。