init_completion理解及應用

一、基礎概念

init_completion是Linux系統中的一個內核編程的函數，實現了一個表示等待執行的執行對象或者稱為鎖的管理。init_completion是一個初始化函數，用於初始化completion結構體。Completion通常用於線程間同步和等待，一個completion結構體相當於一個標識，代表線程等待的某個操作完成。

在實際編程中，也可以通過completion結構體的功能實現一些基於事件通知的機制，例如，阻塞等待某個操作完成時的通知。

二、使用init_completion進行線程同步

在多線程環境下，同步是非常重要的。我們通常使用不同的機制來實現同步，如mutex、semaphore和spinlock等。在某些特定的場景中，我們使用completion可以簡化代碼。以等待I/O請求完成的例子來說明如何使用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，我們定義了一個結構體my_buffer，其中包括一個數組和一個completion的結構體read_done。async_read是一個非同步讀取函數，此函數向設備驅動程序發出讀取請求，然後等待隊列的處理完成通知。

在主函數中，我們首先初始化completion結構體read_done（使用init_completion函數），然後註冊回調函數，實現read_done未完成時不停止當前執行到主函數，最後執行非同步讀取操作。

三、使用completion進行事件通知

除了用於處理線程同步，completion還可以用於實現事件通知機制。例如，我們可以使用completion通知其他線程某個任務已完成，然後其他線程可以積極地去處理返回結果。

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();
}

在這個例子中，我們定義了一個completion對象foo_completion。該對象被用於等待某些非同步操作完成。在函數foo()中，我們首先初始化完成對象，然後註冊回調函數。回調函數處理結果，並設置一個標誌，表示任務已完成。

在主函數中，我們啟動一個非同步操作，並使用wait_for_completion等待非同步操作的完成通知。如果我們希望等待的操作是啟動自己的，則可以使用complete_all或complete_asyc機制進行等待。

四、使用completion實現超時機制

completion還可以在等待狀態上設置超時條件，以防止線程無限期等待的情況發生。

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;
}

在上述代碼中，我們定義了一個結構體usb_dev，該結構體包含一個completion對象request_completion和一個status標誌。函數usb_dev_read_data通過調用非同步函數async_request_data發出讀取請求，並在1秒後等待請求完成。

如果請求完成，則返回status狀態。否則，返回一個錯誤狀態ETIMEOUT。在此例子中，我們使用wait_for_completion_timeout等待請求的完整狀態發生變化。如果在等待時間超過1秒鐘後，請求仍未完成，則函數返回TIMEOUT。

五、總結

在多線程編程中，線程同步和事件通知是很常見的需求。completion是Linux系統內核中一種實現同步和事件通知的簡便機制。本文介紹了completion的基礎知識和使用方法，包括線程同步、事件通知和超時機制等。通過學習本文，讀者可以學到如何在實際編程中應用completion。