内核同步机制之complete

内核编程中常见的一种模式是，在当前线程之外初始化某个活动，然后等待该活动的结束。

这个活动可能是，创建一个新的内核线程或者新的用户空间进程、对一个已有进程的某个请求，或者某种类型的硬件动作，等等。

在这种情况下，我们可以使用信号量来同步这两个任务。

然而，内核中提供了另外一种机制——completion接口。

Completion是一种轻量级的机制，他允许一个线程告诉另一个线程某个工作已经完成。

linux/include/linux/completion.h
struct completion {
unsigned int done;//指示等待的事件是否完成。

初始化时为0。

如果为0，则表示等待的事件未完成。

大于0表示等待的事件已经完成。

wait_queue_head_t wait; //等待队列。

};
虽然信号量可以用于实现同步，但往往可能会出现一些不好的结果。

例如：当进程A分配了一个临时信号量变量，把它初始化为关闭的MUTEX，并把其地址传递给进程B,然后在A之上调用down()，进程A打算一旦被唤醒就撤销给信号量。

随后，运行在不同CPU上的进程B在同一个信号量上调用up()。

然而，up()和down()的目前实现还允许这两个函数在同一个信号量上并发。

因此，进程A可以被唤醒并撤销临时信号量，而进程B还在运行up()函数。

结果up()可能试图访问一个不存在的数据结构。

这样就会出现错误。

为了防止发生这种错误就专门设计了completion机制专门用于同步。

定义和初始化：
struct completion completion; 动态初始化completion
init_completion(&completion);
static inline void init_completion(struct completion *x)
{
x->done = 0;
init_waitqueue_head(&x->wait);
}直接定义并调用init_completion()初始化。

init_completion()会将done字段初始化为0，wait字段的自旋锁为未锁，等待队列为空。

这说明调用该完成量的进程必须等待某事件完成(即另外一进程必须先调用completiom()唤醒该完成量)。

(2)
DECLARE_COMPLETION(completion); 静态初始化completion
直接定义并初始化completion完成量，效果等同于以上定义方式。

2、等待完成量：
(1)wait_for_completion()函数，/linux/kernel/sched.c
该函数相当于信号量中的down()操作。

不过在操作中对使用其自身的自旋锁。

如果done为0，则说明等待的事件没有完成，则调用DECLARE_WAITQUEUE()定义等待队列wait并将当前进程添加进等待队列wait。

然后将wait添加进该完成量的等待队列的末尾，进入循环。

设置当前进程为不可中断状态(TASK_UNINTERRUPTIBLE)，释放自旋锁并让当前进程进入睡眠状态。

一旦进程被调度唤醒据又获得自旋锁并查看等待的事件是否完成。

如果完成(大于0)，则从完成量的等待队列中删除等待的进程，并自减
也是等待完成量。

与wait_for_completion()最大的区别是它等待超时的情况下返回。

也就是说如果经过给定的时间该完成量还没有被唤醒，就直接返回。

这样最大的好处是经过一定的时间该进程已经不需要等待某事件，那么就可以直接被唤醒继续执行。

(3)wait_for_completion_interruptible()函数，/linux/kernel/sched.c
可见这中等待完成量的方式是可以被信号打断的。

如果当前进程收到如果收到TIF_SIGPENDING信号，则等待该完成量的进程会被从等待队列中删除，并返回ERESTARTSYS。

举例complete使用方式.
在sd 的request函数中，从SD读取数据时通过D MA来读取数据的。

在请求函数中初始化一个completion。

在读取数据时，配置好DMA的地址与数据长度，启动D MA开始读取数据后，调用wait_for_completion_timeout(&host->xfer_done,
5*DAT_TIMEOU T)等待数据读取完成。

带DMA读取数据完毕后会产生一个中断，来告诉系统数据读取完毕。

在中断会开启D MA 的tasklet来调用complete(&host->xfer_done) ，告诉SD_request函数已经读取完毕，wait_for_completion_timeout此函数会返回据timeout还有多久。

否则超时，读取失败。

One task
{
Complete( completion);
}
Another task
{
Init_completion(completion)
Wait_for_completion/waitfor_completion_timeout函数等待
}。