Linux内核 -- 多线程之完成量completion的使用

Linux Kernel Completion 使用指南

在Linux内核编程中，completion是一个用于进程同步的机制，常用于等待某个事件的完成。它提供了一种简单的方式，让一个线程等待另一个线程完成某项任务。

基本使用方法

初始化

completion结构需要在使用之前进行初始化，可以使用以下两种方式之一：

静态初始化：

DECLARE_COMPLETION(my_completion);

动态初始化：

struct completion my_completion;
init_completion(&my_completion);

等待事件

一个线程可以调用wait_for_completion或其变种来等待事件的完成：

wait_for_completion(&my_completion);

变种方法包括：

wait_for_completion_timeout(&my_completion, timeout)：带超时的等待。
wait_for_completion_interruptible(&my_completion)：可以被中断的等待。
wait_for_completion_killable(&my_completion)：可以被kill信号中断的等待。

触发事件

当某个事件完成时，应该调用complete函数来唤醒等待的线程：

complete(&my_completion);

如果有多个等待者，并且你希望唤醒所有等待者，可以使用complete_all：

complete_all(&my_completion);

高级使用方法

重新初始化

在某些情况下，一个completion结构可能需要重复使用，这时可以使用reinit_completion重新初始化：

reinit_completion(&my_completion);

超时等待

为了避免无限期等待，可以使用带超时的等待函数，例如：

unsigned long timeout = msecs_to_jiffies(500); // 500 ms
wait_for_completion_timeout(&my_completion, timeout);

可中断的等待

有时需要等待可以被中断，可以使用wait_for_completion_interruptible或wait_for_completion_killable：

int ret;
ret = wait_for_completion_interruptible(&my_completion);
if (ret == -ERESTARTSYS) {// 等待被信号中断
}

注意事项

初始化问题：确保在使用completion之前正确初始化，避免使用未初始化的completion。
重入问题：避免对同一个completion结构多次调用complete，因为这会导致不可预测的行为。
超时处理：合理使用超时等待，避免线程无限期挂起。
中断安全：在中断上下文中不能使用可能导致睡眠的函数，例如等待函数。
资源释放：在模块卸载或资源释放时，确保没有线程在等待，避免资源泄漏或访问非法内存。

代码示例

以下是一个简单的例子，展示了一个线程等待另一个线程完成某项任务：

#include <linux/module.h>
#include <linux/completion.h>
#include <linux/kthread.h>
#include <linux/delay.h>static struct completion my_completion;int worker_thread(void *data) {printk(KERN_INFO "Worker thread: Starting work\n");msleep(5000);  // 模拟工作printk(KERN_INFO "Worker thread: Work done, signaling completion\n");complete(&my_completion);return 0;
}static int __init my_module_init(void) {struct task_struct *task;init_completion(&my_completion);task = kthread_run(worker_thread, NULL, "worker_thread");if (IS_ERR(task)) {printk(KERN_ERR "Failed to create worker thread\n");return PTR_ERR(task);}printk(KERN_INFO "Main thread: Waiting for completion\n");wait_for_completion(&my_completion);printk(KERN_INFO "Main thread: Detected completion\n");return 0;
}static void __exit my_module_exit(void) {printk(KERN_INFO "Module exit\n");
}module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);MODULE_LICENSE("GPL");