Linux对I/O端口资源的管理（3）

博主按：下文原作者在linux2.4.0基础上分析的，我现在的内核是2.6.32。在有区别的地方我会用红色文字标出，作为对原文的一些补充吧。

3．2．4 寻找可用资源

　　函数find_resource()用于在一颗资源树中寻找未被使用的、且满足给定条件的（也即资源长度大小为size，且在[min,max]区间内）的资源。其函数源代码如下：


/*
* Find empty slot in the resource tree given range and alignment.
*/
static int find_resource(struct resource *root, struct resource *new,
unsigned long size,
unsigned long min, unsigned long max,
unsigned long align,
void (*alignf)(void *, struct resource *, unsigned long), /*2.6.32中alignf函数多了一个参数void (*alignf)(void *, struct resource *,
                    resource_size_t size, resource_size_t align)*/
void *alignf_data)
{
struct resource *this = root->child;

new->start = root->start;

/*
     * Skip past an allocated resource that starts at 0, since the assignment
     * of this->start - 1 to new->end below would cause an underflow.
     */

if (this && this->start == 0) {
        new->start = this->end + 1;
        this = this->sibling;
    }

for(;;) {
if (this)
new->end = this->start;
else
new->end = root->end;
if (new->start < min)
new->start = min;
if (new->end > max)
new->end = max;
new->start = (new->start + align - 1) & ~(align - 1);
if (alignf)
alignf(alignf_data, new, size);
if (new->start < new->end && new->end - new->start + 1 >= size)
{
new->end = new->start + size - 1;
return 0;
}
if (!this)
break;
new->start = this->end + 1;
this = this->sibling;
}
return -EBUSY;
}

　　对该函数的NOTE如下：

　　同样，该函数也要遍历root的child链表，以寻找未被使用的资源空洞。为此，它让this指针表示当前正被扫描的子资源节点，其初始值等于 root->child，即指向child链表中的第一个节点，并让new->start的初始值等于root->start，然后用 一个for循环开始扫描child链表，对于每一个被扫描的节点，循环体执行如下操作：

　　①首先，判断this指针是否为NULL。如果不为空，就让new->end等于this->start，也即让资源new表示当前资源节点this前面那一段未使用的资源区间。

　　②如果this指针为空，那就让new->end等于root->end。这有两层意思：第一种情况就是根结点的child指针为 NULL（即根节点没有任何子资源）。因此此时先暂时将new->end放到最大。第二种情况就是已经遍历完整个child链表，所以此时就让 new表示最后一个子资源后面那一段未使用的资源区间。

　　③根据参数min和max修正new->[start,end]的值，以使资源new被包含在[min,max]区域内。

　　④接下来进行对齐操作。

　　⑤然后，判断经过上述这些步骤所形成的资源区域new是否是一段有效的资源（end必须大于或等于start），而且资源区域的长度满足size参数 的要求（end－start＋1>=size）。如果这两个条件均满足，则说明我们已经找到了一段满足条件的资源空洞。因此在对new-> end的值进行修正后，然后就可以返回了（返回值0表示成功）。

　　⑥如果上述两条件不能同时满足，则说明还没有找到，因此要继续扫描链表。在继续扫描之前，我们还是要判断一下this指针是否为空。如果为空，说明已 经扫描完整个child链表，因此就可以推出for循环了。否则就将new->start的值修改为this->end+1，并让this指 向下一个兄弟资源节点，从而继续扫描链表中的下一个子资源节点。

　　3．2．5 分配接口allocate_resource()

　　在find_resource()函数的基础上，函数allocate_resource()实现：在一颗资源树中分配一条指定大小的、且包含在指定区域[min,max]中的、未使用资源区域。其源代码如下：


/*
* Allocate empty slot in the resource tree given range and alignment.
*/
int allocate_resource(struct resource *root, struct resource *new,
unsigned long size,
unsigned long min, unsigned long max,
unsigned long align,
void (*alignf)(void *, struct resource *, unsigned long), /*2.6.32中alignf函数多了一个参数void (*alignf)(void *, struct resource *,
                    resource_size_t size, resource_size_t align)*/
void *alignf_data)
{
int err;

write_lock(&resource_lock);
err = find_resource(root, new, size, min, max, align, alignf, alignf_data);
if (err >= 0 && __request_resource(root, new))
err = -EBUSY;
write_unlock(&resource_lock);
return err;
}

　　3．2．6 获取资源的名称列表

　　函数get_resource_list()用于获取根节点root的子资源名字列表。该函数主要用来支持/proc/文件系统（比如实现proc/ioports文件和/proc/iomem文件）。其源代码如下：
2.6.32中已经删除了这个函数

int get_resource_list(struct resource *root, char *buf, int size)
{
char *fmt;
int retval;

fmt = " %08lx-%08lx : %s
";
if (root->end < 0x10000)
fmt = " %04lx-%04lx : %s
";
read_lock(&resource_lock);
retval = do_resource_list(root->child, fmt, 8, buf, buf + size) - buf;
read_unlock(&resource_lock);
return retval;
}

　　可以看出，该函数主要通过调用内部静态函数do_resource_list()来实现其功能，其源代码如下：


/*
* This generates reports for /proc/ioports and /proc/iomem
*/
static char * do_resource_list(struct resource *entry, const char *fmt,
　　int offset, char *buf, char *end)
{
if (offset < 0)
offset = 0;

while (entry) {
const char *name = entry->name;
unsigned long from, to;

if ((int) (end-buf) < 80)
return buf;

from = entry->start;
to = entry->end;
if (!name)
name = "";

buf += sprintf(buf, fmt + offset, from, to, name);
if (entry->child)
buf = do_resource_list(entry->child, fmt, offset-2, buf, end);
entry = entry->sibling;
}

return buf;
}

　　函数do_resource_list()主要通过一个while{}循环以及递归嵌套调用来实现，较为简单，这里就不在详细解释了。

3．3 管理I/O Region资源

　　linux将基于I/O映射方式的I/O端口和基于内存映射方式的I/O端口资源统称为“I/O区域”（I/O Region）。I/O Region仍然是一种I/O资源，因此它仍然可以用resource结构类型来描述。下面我们就来看看Linux是如何管理I/O Region的。

　　3．3．1 I/O Region的分配

　　在函数__request_resource()的基础上，linux实现了用于分配I/O区域的函数__request_region()，如下:


struct resource * __request_region(struct resource *parent,
　　unsigned long start, unsigned long n, const char *name, int flags ) //新内核增加了一个flags
{
struct resource *res = kmalloc(sizeof(*res), GFP_KERNEL);

struct resource *res = kzalloc(sizeof(*res), GFP_KERNEL);

if (!res)
        return NULL;

if (res) {
memset(res, 0, sizeof(*res));
res->name = name;
res->start = start;
res->end = start + n - 1;
res->flags = IORESOURCE_BUSY;

res->flags |= flags;

write_lock(&resource_lock);

for (;;) {
struct resource *conflict;

conflict = __request_resource(parent, res);
if (!conflict)
break;
if (conflict != parent) {
parent = conflict;
if (!(conflict->flags & IORESOURCE_BUSY))
continue;
}

/* Uhhuh, that didn't work out.. */
kfree(res);
res = NULL;
break;
}
write_unlock(&resource_lock);
}
return res;
}

NOTE：

　　①首先，调用kmalloc（）函数在SLAB分配器缓存中分配一个resource结构。

　　②然后，相应的根据参数值初始化所分配的resource结构。注意！flags成员被初始化为IORESOURCE_BUSY。

　　③接下来，用一个for循环开始进行资源分配，循环体的步骤如下：

　　l 首先，调用__request_resource()函数进行资源分配。如果返回NULL，说明分配成功，因此就执行break语句推出for循环，返回所分配的resource结构的指针，函数成功地结束。

　　l 如果__request_resource()函数分配不成功，则进一步判断所返回的冲突资源节点是否就是父资源节点parent。如果不是，则将分配行 为下降一个层次，即试图在当前冲突的资源节点中进行分配（只有在冲突的资源节点没有设置IORESOURCE_BUSY的情况下才可以），于是让 parent指针等于conflict，并在conflict->flags&IORESOURCE_BUSY为0的情况下执行 continue语句继续for循环。

　　l 否则如果相冲突的资源节点就是父节点parent，或者相冲突资源节点设置了IORESOURCE_BUSY标志位，则宣告分配失败。于是调用kfree（）函数释放所分配的resource结构，并将res指针置为NULL，最后用break语句推出for循环。

　　④最后，返回所分配的resource结构的指针。

　　3．3．2 I/O Region的释放

　　函数__release_region()实现在一个父资源节点parent中释放给定范围的I/O Region。实际上该函数的实现思想与__release_resource()相类似。其源代码如下：


void __release_region(struct resource *parent,
　　　　unsigned long start, unsigned long n)
{
struct resource **p;
unsigned long end;

p = &parent->child;
end = start + n - 1;

write_lock(&resource_lock);

for (;;) {
struct resource *res = *p;

if (!res)
break;
if (res->start <= start && res->end >= end) {
if (!(res->flags & IORESOURCE_BUSY)) {
p = &res->child;
continue;
}
if (res->start != start' 'res->end != end)
break;
*p = res->sibling;

write_unlock(&resource_lock);
kfree(res);
return;
}
p = &res->sibling;
}

write_unlock(&resource_lock);

printk("Trying to free nonexistent resource <%08lx-%08lx>
", start, end);
}

　　类似地，该函数也是通过一个for循环来遍历父资源parent的child链表。为此，它让指针res指向当前正被扫描的子资源节点，指针p指向前 一个子资源节点的sibling成员变量，p的初始值为指向parent->child。For循环体的步骤如下：

　　①让res指针指向当前被扫描的子资源节点（res＝*p）。

　　②如果res指针为NULL，说明已经扫描完整个child链表，所以退出for循环。

　　③如果res指针不为NULL，则继续看看所指定的I/O区域范围是否完全包含在当前资源节点中，也即看看[start,start+n-1]是否包 含在res->[start,end]中。如果不属于，则让p指向当前资源节点的sibling成员，然后继续for循环。如果属于，则执行下列步 骤：

　　l 先看看当前资源节点是否设置了IORESOURCE_BUSY标志位。如果没有设置该标志位，则说明该资源节点下面可能还会有子节点，因此将扫描过程下降一个层次，于是修改p指针，使它指向res->child，然后执行continue语句继续for循环。

　　l 如果设置了IORESOURCE_BUSY标志位。则一定要确保当前资源节点就是所指定的I/O区域，然后将当前资源节点从其父资源的child链表中去 除。这可以通过让前一个兄弟资源节点的sibling指针指向当前资源节点的下一个兄弟资源节点来实现（即让*p=res->sibling），最 后调用kfree（）函数释放当前资源节点的resource结构。然后函数就可以成功返回了。

　　3．3．3 检查指定的I/O Region是否已被占用

　　函数__check_region()检查指定的I/O Region是否已被占用。其源代码如下：


int __check_region(struct resource *parent, unsigned long start, unsigned long n)
{
struct resource * res;

res = __request_region(parent, start, n, "check-region");
if (!res)
return -EBUSY;

release_resource(res);
kfree(res);
return 0;
}

　　该函数的实现与__check_resource()的实现思想类似。首先，它通过调用__request_region()函数试图在父资源parent中分配指定的I/O Region。如果分配不成功，将返回NULL，因此此时函数返回错误值－EBUSY表示所指定的I/O Region已被占用。如果res指针不为空则说明所指定的I/O Region没有被占用。于是调用__release_resource()函数将刚刚分配的资源释放掉（实际上是将res结构从parent的child链表去除），然后调用kfree（）函数释放res结构所占用的内存。最后，返回0值表示指定的I/O Region没有被占用。