从 sysfs 接口 (hwmon) 读取传感器数据偶尔会导致阻塞调用（函数的执行时间比预期的要长）

Question

我有一台运行 Linux (BusyBox) 的 ARM 机器。 我需要经常读取这个文件/sys/class/hwmon/hwmon0/device/in7_input中包含电压的数据。 它位于/sys/class/hwmon/目录下的虚拟文件系统sysfs中。

该文件包含如下所示的数据（通过 SSH 连接到设备）。

root:~# cat /sys/class/hwmon/hwmon0/device/in7_input
10345
root:~# cat /sys/class/hwmon/hwmon0/device/in7_input
10250

通常从该文件读取数据大约需要1 ms ，但有时需要大约1 sec 。 对我来说不幸的是，我无法在我的替补席上复制这个问题，因为它在球场上并不经常发生。

我检查了 CPU 使用率，出现此问题时通常低于60% 。 我不确定为什么偶尔从该文件中读取会导致似乎是阻塞调用，从而导致函数的执行时间更长。

我不确定我是否正在处理虚拟文件系统sysfs上发生的更大问题，或者我在readVoltage()中的代码是否不是完全非阻塞的。

这是我必须调整的代码片段

/******************************************************************************

                              Online C++ Compiler.
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Write your code in this editor and press "Run" button to compile and execute it.

*******************************************************************************/

#include <iostream>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

using namespace std;

uint64_t GetClockCount(void);
float calculateLoopTime(uint32_t tUsec1, uint32_t tUsec2);

void readVoltage()
{

    static const char VoltageFile[] = "/sys/class/hwmon/hwmon0/device/in7_input";
    static int VoltageFD = -1;

    if (-1 == VoltageFD)
    {
        VoltageFD = open(VoltageFile, O_RDONLY | O_NONBLOCK);
    }

        if (-1 == VoltageFD)
        {
            std::cout << "couldn't open FD for " << VoltageFile << std::endl;
        }
        else
        {
            static const size_t bufSize = 15;
            char buffer[bufSize];

            fd_set input;
            FD_ZERO(&input);
            FD_SET(VoltageFD, &input);

            struct timeval to;
            to.tv_sec = 0;
            to.tv_usec = 0;
            int n = 0;
            n = select(VoltageFD + 1, &input, NULL, NULL, &to);

            if (n > 0)
            {
                ssize_t bytes_read = pread(VoltageFD, buffer, bufSize, 0);

                if (bytes_read > 0)
                {
                    float voltage = (atof(buffer) / 1000.0f);

                    std::cout << "voltage= " << voltage << std::endl;
                }
            }
        }
    }


int main()
{
    uint32_t start_time = GetClockCount();
    
    readVoltage();
    
    uint32_t end_time = GetClockCount();
    
    float time_diff = calculateLoopTime(start_time, end_time);
    
    std::cout << "function took " << time_diff << " ms to execute" << std::endl;
    
    
    return 0;
}

uint64_t GetClockCount(void)
{
    struct timespec now;
    if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &now))
        return 0;
    return static_cast<uint64_t>(now.tv_sec) * 1000000 + now.tv_nsec / 1000;
}


float calculateLoopTime(uint32_t tUsec1, uint32_t tUsec2)
{
    float time_diff = 0;

    if (tUsec1 != tUsec2)
    {
        uint32_t time_diff_temp = 0;

        if (tUsec2 > tUsec1)
        {
            time_diff_temp = (tUsec2 - tUsec1);
        }
    
        // Scale from microseconds to milliseconds
        time_diff = static_cast<float>(time_diff_temp) / 1000;
    }

    return time_diff;
}

您可以在此处运行代码，但显然您不会获得电压，因为该文件/sys/class/hwmon/hwmon0/device/in7_input在该在线 IDE 上不存在。

https://onlinegdb.com/d0wcJ0tzT

Answer 1

您在readVoltage()中编写的代码是非阻塞的。 您可以使用这样一个事实，如果读取会阻塞，则非阻塞描述符上的read()将返回 E_AGAIN / E_WOULDBLOCK errno，因此使用select()删除行并设置 FD_SET（更少代码）。

您无法确定GetClockCount()调用之间发生了什么。 如果您的系统处于负载状态（如您所说的少于 60%），它可能正在做其他事情。 硬件线程可以执行一些其他操作，即使它没有 100% 执行它，它会在切换回 sysfs 读取代码时引入一些抖动。

为了更准确，尝试仅测量pread()调用时间，但因此仍然有可能运行一些其他进程的代码，尤其是在讨论负载下的系统时。

您还可以尝试使用perf来检查程序中发生了什么。 查看此处查看 perf 可以显示在运行程序期间发生了多少上下文切换。

尝试使用以下方法测量调用普通 sysfs 读取：

root:~# cat /sys/class/hwmon/hwmon0/device/in7_input

所有结果都应该表明系统完成了其他操作，并且pread()调用没有阻塞自身，因为它经过双重检查 - 一次使用非阻塞标志，然后检查select()是否返回就绪描述符。