input子系统事件处理层(evdev)的环形缓冲区【转】
input子系统事件处理层(evdev)的环形缓冲区【转】
在事件处理层(evdev.c)中结构体evdev_client定义了一个环形缓冲区(circular buffer)，其原理是用数组的方式实现了一个先进先出的循环队列(circular queue)，用以缓存内核驱动上报给用户层的input_event事件。
struct evdev_client {
unsigned int head; // 头指针
unsigned int tail; // 尾指针
unsigned int packet_head; // 包指针
spinlock_t buffer_lock;
struct fasync_struct *fasync;
struct evdev *evdev;
struct list_head node;
unsigned int clk_type;
bool revoked;
unsigned long *evmasks[EV_CNT];
unsigned int bufsize; // 循环队列大小
struct input_event buffer[]; // 循环队列数组
};evdev_client对象维护了三个偏移量：head、tail以及packet_head。head、tail作为循环队列的头尾指针记录入口与出口偏移，那么包指针packet_head有什么作用呢？
packet_head 内核驱动处理一次输入，可能上报一到多个input_event事件，为表示处理完成，会在上报这些input_event事件后再上报一次同步事件。头指针head以input_event事件为单位，记录缓冲区的入口偏移量，而包指针packet_head则以“数据包”（一到多个input_event事件）为单位，记录缓冲区的入口偏移量。
环形缓冲区的工作机制
- 循环队列入队算法： head++; head &= bufsize - 1;
- 循环队列出队算法： tail++; tail &= bufsize - 1;
- 循环队列已满条件： head == tail
- 循环队列为空条件： packet_head == tail “求余”和“求与” 为解决头尾指针的上溢和下溢现象，使队列的元素空间可重复使用，一般循环队列的出入队算法都采用“求余”操作： head = (head + 1) % bufsize; // 入队 tail = (tail + 1) % bufsize; // 出队 为避免计算代价高昂的“求余”操作，使内核运作更高效，input子系统的环形缓冲区采用了“求与”算法，这要求bufsize必须为2的幂，在后文中可以看到bufsize的值实际上是为64或者8的n倍，符合“求与”运算的要求。
环形缓冲区的构造以及初始化
用户层通过open()函数打开input设备节点时，调用过程如下：
open() -> sys_open() -> evdev_open()
在evdev_open()函数中完成了对evdev_client对象的构造以及初始化，每一个打开input设备节点的用户都在内核中维护了一个evdev_client对象，这些evdev_client对象通过evdev_attach_client()函数注册在evdev1对象的内核链表上。
接下来我们具体分析evdev_open()函数：
static int evdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
struct evdev *evdev = container_of(inode->i_cdev, struct evdev, cdev);
// 1.计算环形缓冲区大小bufsize以及evdev_client对象大小size
unsigned int bufsize = evdev_compute_buffer_size(evdev->handle.dev);
unsigned int size = sizeof(struct evdev_client) +
bufsize * sizeof(struct input_event);
struct evdev_client *client;
int error;
// 2. 分配内核空间
client = kzalloc(size, GFP_KERNEL | __GFP_NOWARN);
if (!client)
client = vzalloc(size);
if (!client)
return -ENOMEM;
client->bufsize = bufsize;
spin_lock_init(&client->buffer_lock);
client->evdev = evdev;
// 3. 注册到内核链表
evdev_attach_client(evdev, client);
error = evdev_open_device(evdev);
if (error)
goto err_free_client;
file->private_data = client;
nonseekable_open(inode, file);
return 0;
err_free_client:
evdev_detach_client(evdev, client);
kvfree(client);
return error;
}在evdev_open()函数中，我们看到了evdev_client对象从构造到注册到内核链表的过程，然而它是在哪里初始化的呢？其实kzalloc()函数在分配空间的同时就通过__GFP_ZERO标志做了初始化：
static inline void *kzalloc(size_t size, gfp_t flags)
{
return kmalloc(size, flags | __GFP_ZERO);
}生产者/消费者模型
内核驱动与用户程序就是典型的生产者/消费者模型，内核驱动产生input_event事件，然后通过input_event()函数写入环形缓冲区，用户程序通过read()函数从环形缓冲区中获取input_event事件。
环形缓冲区的生产者
内核驱动作为生产者，通过input_event()上报input_event事件时，最终调用___pass_event()函数将事件写入环形缓冲区：
static void __pass_event(struct evdev_client *client,
const struct input_event *event)
{
// 将input_event事件存入缓冲区，队头head自增指向下一个元素空间
client->buffer[client->head++] = *event;
client->head &= client->bufsize - 1;
// 当队头head与队尾tail相等时，说明缓冲区空间已满
if (unlikely(client->head == client->tail)) {
/*
* This effectively "drops" all unconsumed events, leaving
* EV_SYN/SYN_DROPPED plus the newest event in the queue.
*/
client->tail = (client->head - 2) & (client->bufsize - 1);
client->buffer[client->tail].time = event->time;
client->buffer[client->tail].type = EV_SYN;
client->buffer[client->tail].code = SYN_DROPPED;
client->buffer[client->tail].value = 0;
client->packet_head = client->tail;
}
// 当遇到EV_SYN/SYN_REPORT同步事件时，packet_head移动到队头head位置
if (event->type == EV_SYN && event->code == SYN_REPORT) {
client->packet_head = client->head;
kill_fasync(&client->fasync, SIGIO, POLL_IN);
}
}环形缓冲区的消费者
用户程序作为消费者，通过read()函数读取input设备节点时，最终在内核调用evdev_fetch_next_event()函数从环形缓冲区中读取input_event事件：
static int evdev_fetch_next_event(struct evdev_client *client,
struct input_event *event)
{
int have_event;
spin_lock_irq(&client->buffer_lock);
// 判缓冲区中是否有input_event事件
have_event = client->packet_head != client->tail;
if (have_event) {
// 从缓冲区中读取一次input_event事件，队尾tail自增指向下一个元素空间
*event = client->buffer[client->tail++];
client->tail &= client->bufsize - 1;
if (client->use_wake_lock &&
client->packet_head == client->tail)
wake_unlock(&client->wake_lock);
}
spin_unlock_irq(&client->buffer_lock);
return have_event;
}