init_completion理解及应用

一、基础概念

init_completion是Linux系统中的一个内核编程的函数，实现了一个表示等待执行的执行对象或者称为锁的管理。init_completion是一个初始化函数，用于初始化completion结构体。Completion通常用于线程间同步和等待，一个completion结构体相当于一个标识，代表线程等待的某个操作完成。

在实际编程中，也可以通过completion结构体的功能实现一些基于事件通知的机制，例如，阻塞等待某个操作完成时的通知。

二、使用init_completion进行线程同步

在多线程环境下，同步是非常重要的。我们通常使用不同的机制来实现同步，如mutex、semaphore和spinlock等。在某些特定的场景中，我们使用completion可以简化代码。以等待I/O请求完成的例子来说明如何使用init_completion。

struct my_buffer {
    char data[512];
    struct completion read_done;
};

int async_read(struct my_buffer *buf)
{
    initiate_async_read(buf);
    wait_for_completion(&buf->read_done);
    return 0;
}

void completion_handler()
{
    complete(&buf->read_done);
}

int main()
{
    struct my_buffer buf;
    init_completion(&buf.read_done);
    register_completion_handler(completion_handler);
    async_read(&buf);
    return 0;
}

在上述示例中，我们定义了一个结构体my_buffer，其中包括一个数组和一个completion的结构体read_done。async_read是一个异步读取函数，此函数向设备驱动程序发出读取请求，然后等待队列的处理完成通知。

在主函数中，我们首先初始化completion结构体read_done（使用init_completion函数），然后注册回调函数，实现read_done未完成时不停止当前执行到主函数，最后执行异步读取操作。

三、使用completion进行事件通知

除了用于处理线程同步，completion还可以用于实现事件通知机制。例如，我们可以使用completion通知其他线程某个任务已完成，然后其他线程可以积极地去处理返回结果。

int foo_called = 0;

void completion_handler()
{
    foo_called = 1;
    complete(&foo_completion);
}

void foo()
{
    init_completion(&foo_completion);
    register_completion_handler(completion_handler);
    do_something_async();
    wait_for_completion(&foo_completion);
    process_result();
}

在这个例子中，我们定义了一个completion对象foo_completion。该对象被用于等待某些异步操作完成。在函数foo()中，我们首先初始化完成对象，然后注册回调函数。回调函数处理结果，并设置一个标志，表示任务已完成。

在主函数中，我们启动一个异步操作，并使用wait_for_completion等待异步操作的完成通知。如果我们希望等待的操作是启动自己的，则可以使用complete_all或complete_asyc机制进行等待。

四、使用completion实现超时机制

completion还可以在等待状态上设置超时条件，以防止线程无限期等待的情况发生。

struct usb_dev {
    struct completion request_completion;
    int status;  // status of the request
};

void request_completion_handler()
{
    complete(&usb_dev->request_completion);
}

int usb_dev_read_data(struct usb_dev *dev)
{
    async_request_data(dev);
    if(wait_for_completion_timeout(&dev->request_completion, 1000)) {
        // Request has timed out
        dev->status = -ETIMEOUT;
        return -ETIMEOUT;
    }
    // Request has completed
    return dev->status;
}

在上述代码中，我们定义了一个结构体usb_dev，该结构体包含一个completion对象request_completion和一个status标志。函数usb_dev_read_data通过调用异步函数async_request_data发出读取请求，并在1秒后等待请求完成。

如果请求完成，则返回status状态。否则，返回一个错误状态ETIMEOUT。在此例子中，我们使用wait_for_completion_timeout等待请求的完整状态发生变化。如果在等待时间超过1秒钟后，请求仍未完成，则函数返回TIMEOUT。

五、总结

在多线程编程中，线程同步和事件通知是很常见的需求。completion是Linux系统内核中一种实现同步和事件通知的简便机制。本文介绍了completion的基础知识和使用方法，包括线程同步、事件通知和超时机制等。通过学习本文，读者可以学到如何在实际编程中应用completion。