永不阻塞测试驱动

本章节将深入探讨如何在Linux内核驱动中实现非阻塞的读写操作，通过返回 -EAGAIN 错误码，测试用户态的非阻塞IO行为。我们将从基础概念入手，逐步构建一个完整的示例驱动，并展示如何在QEMU环境中进行测试。

非阻塞IO简介

非阻塞IO是Unix/Linux系统中一种重要的IO模型，它允许进程在不能立即完成IO操作时立即返回，而不是阻塞等待。这对于需要同时处理多个IO通道的应用（如网络服务器）尤为重要。

驱动实现关键点

组件	说明	返回值
read 方法	实现读取操作，但立即返回	-EAGAIN
write 方法	实现写入操作，但立即返回	-EAGAIN
open 方法	初始化设备	0（成功）
release 方法	清理资源	0（成功）

示例驱动代码

以下是一个简单的永不阻塞测试驱动的实现代码：

#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>

#define DEVICE_NAME "nonblock_test"

static int device_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk(KERN_INFO "nonblock_test: device opened\n");
    return 0;
}

static int device_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk(KERN_INFO "nonblock_test: device closed\n");
    return 0;
}

static ssize_t device_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
    printk(KERN_INFO "nonblock_test: read attempted, returning -EAGAIN\n");
    return -EAGAIN;
}

static ssize_t device_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
    printk(KERN_INFO "nonblock_test: write attempted, returning -EAGAIN\n");
    return -EAGAIN;
}

static struct file_operations fops = {
    .read = device_read,
    .write = device_write,
    .open = device_open,
    .release = device_release,
};

static int __init nonblock_init(void)
{
    int ret = register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &fops);
    if (ret < 0) {
        printk(KERN_ALERT "nonblock_test: failed to register device\n");
        return ret;
    }
    printk(KERN_INFO "nonblock_test: device registered with major number %d\n", ret);
    return 0;
}

static void __exit nonblock_exit(void)
{
    unregister_chrdev(0, DEVICE_NAME);
    printk(KERN_INFO "nonblock_test: device unregistered\n");
}

module_init(nonblock_init);
module_exit(nonblock_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A non-blocking test driver");

用户态测试程序

以下是一个简单的用户态测试程序，用于测试非阻塞IO行为：

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

int main()
{
    int fd = open("/dev/nonblock_test", O_RDWR | O_NONBLOCK);
    if (fd < 0) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }

    char buf[100];
    ssize_t ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
    if (ret < 0) {
        if (errno == EAGAIN) {
            printf("Read would block, as expected\n");
        } else {
            perror("read failed with unexpected error");
        }
    }

    ret = write(fd, "test", 4);
    if (ret < 0) {
        if (errno == EAGAIN) {
            printf("Write would block, as expected\n");
        } else {
            perror("write failed with unexpected error");
        }
    }

    close(fd);
    return 0;
}

测试步骤

编译并加载内核模块
创建设备节点：mknod /dev/nonblock_test c <major> 0
编译并运行用户态测试程序
观察输出结果，确认读写操作都返回了EAGAIN错误
查看内核日志：dmesg | tail，确认驱动收到了读写请求

总结

通过本章的学习，我们实现了一个简单的永不阻塞测试驱动，深入理解了非阻塞IO的工作原理。这种驱动虽然简单，但对于测试用户态的非阻塞IO行为非常有用，也是更复杂驱动开发的基础。