📄 ch05s03.html
字号:
<html xmlns:cf="http://docbook.sourceforge.net/xmlns/chunkfast/1.0"><head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=gb2312"><title>5.3. 旗标和互斥体-Linux设备驱动第三版（中文版）- - </title><meta name="description" content="驱动开发- - " /><meta name="keywords" content="Linux设备驱动,中文版,第三版,ldd,linux device driver,驱动开发,电子版,程序设计,软件开发, " /><meta name="author" content=" www.21cstar.com QQ:610061171" /> <meta name="verify-v1" content="5asbXwkS/Vv5OdJbK3Ix0X8osxBUX9hutPyUxoubhes=" /><link rel="stylesheet" href="docbook.css" type="text/css"><meta name="generator" content="DocBook XSL Stylesheets V1.69.0"><link rel="start" href="index.html" title="Linux 设备驱动 Edition 3"><link rel="up" href="ch05.html" title="第 5 章 并发和竞争情况"><link rel="prev" href="ch05s02.html" title="5.2. 并发和它的管理"><link rel="next" href="ch05s04.html" title="5.4. Completions 机制"></head><body bgcolor="white" text="black" link="#0000FF" vlink="#840084" alink="#0000FF"><div class="navheader"><table width="100%" summary="Navigation header"><tr><th colspan="3" align="center">5.3. 旗标和互斥体</th></tr><tr><td width="20%" align="left"><a accesskey="p" href="ch05s02.html">上一页</a> </td><th width="60%" align="center">第 5 章 并发和竞争情况</th><td width="20%" align="right"> <a accesskey="n" href="ch05s04.html">下一页</a></td></tr></table><hr></div><div class="sect1" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a name="SemaphoresandMutexes.sect"></a>5.3. 旗标和互斥体</h2></div></div></div><p>让我们看看我们如何给 scull 加锁. 我们的目标是使我们对 scull 数据结构的操作原子化, 就是在有其他执行线程的情况下这个操作一次发生. 对于我们的内存泄漏例子, 我们需要保证, 如果一个线程发现必须分配一个特殊的内存块, 它有机会进行这个分配在其他线程可做测试之前. 为此, 我们必须建立临界区: 在任何给定时间只有一个线程可以执行的代码.</p><p>不是所有的临界区是同样的, 因此内核提供了不同的原语适用不同的需求. 在这个例子中, 每个对 scull 数据结构的存取都发生在由一个直接用户请求所产生的进程上下文中; 没有从中断处理或者其他异步上下文中的存取. 没有特别的周期(响应时间)要求; 应用程序程序员理解 I/O 请求常常不是马上就满足的. 进一步讲, scull 没有持有任何其他关键系统资源, 在它存取它自己的数据结构时. 所有这些意味着如果 scull 驱动在等待轮到它存取数据结构时进入睡眠, 没人介意.</p><p>"去睡眠" 在这个上下文中是一个明确定义的术语. 当一个 Linux 进程到了一个它无法做进一步处理的地方时, 它去睡眠(或者 "阻塞"), 让出处理器给别人直到以后某个时间它能够再做事情. 进程常常在等待 I/O 完成时睡眠. 随着我们深入内核, 我们会遇到很多情况我们不能睡眠. 然而 scull 中的 write 方法不是其中一个情况. 因此我们可使用一个加锁机制使进程在等待存取临界区时睡眠.</p><p>正如重要地, 我们将进行一个可能会睡眠的操作( 使用 kmalloc 分配内存 ) -- 因此睡眠是一个在任何情况下的可能性. 如果我们的临界区要正确工作, 我们必须使用一个加锁原语在一个拥有锁的进程睡眠时起作用. 不是所有的加锁机制都能够在可能睡眠的地方使用( 我们在本章后面会看到几个不可以的 ). 然而, 对我们现在的需要, 最适合的机制时一个旗标. </p><p>旗标在计算机科学中是一个被很好理解的概念. 在它的核心, 一个旗标是一个单个整型值, 结合有一对函数, 典型地称为 P 和 V. 一个想进入临界区的进程将在相关旗标上调用 P; 如果旗标的值大于零, 这个值递减 1 并且进程继续. 相反, 如果旗标的值是 0 ( 或更小 ), 进程必须等待直到别人释放旗标. 解锁一个旗标通过调用 V 完成; 这个函数递增旗标的值, 并且, 如果需要, 唤醒等待的进程.</p><p>当旗标用作互斥 -- 阻止多个进程同时在同一个临界区内运行 -- 它们的值将初始化为 1. 这样的旗标在任何给定时间只能由一个单个进程或者线程持有. 以这种模式使用的旗标有时称为一个互斥锁, 就是, 当然, "互斥"的缩写. 几乎所有在 Linux 内核中发现的旗标都是用作互斥.</p><div class="sect2" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="TheLinuxSemaphoreImplementation.sect"></a>5.3.1. Linux 旗标实现</h3></div></div></div><p>Linux 内核提供了一个遵守上面语义的旗标实现, 尽管术语有些不同. 为使用旗标, 内核代码必须包含 <asm/semaphore.h>. 相关的类型是 struct semaphore; 实际旗标可以用几种方法来声明和初始化. 一种是直接创建一个旗标, 接着使用 sema_init 来设定它:</p><pre class="programlisting">void sema_init(struct semaphore *sem, int val);</pre><p>这里 val 是安排给旗标的初始值.</p><p>然而, 通常旗标以互斥锁的模式使用. 为使这个通用的例子更容易些, 内核提供了一套帮助函数和宏定义. 因此, 一个互斥锁可以声明和初始化, 使用下面的一种:</p><pre class="programlisting">DECLARE_MUTEX(name); DECLARE_MUTEX_LOCKED(name);</pre><p>这里, 结果是一个旗标变量( 称为 name ), 初始化为 1 ( 使用 DECLARE_MUTEX ) 或者 0 (使用 DECLARE_MUTEX_LOCKED ). 在后一种情况, 互斥锁开始于上锁的状态; 在允许任何线程存取之前将不得不显式解锁它.</p><p>如果互斥锁必须在运行时间初始化( 这是如果动态分配它的情况, 举例来说), 使用下列中的一个:</p><pre class="programlisting">void init_MUTEX(struct semaphore *sem);void init_MUTEX_LOCKED(struct semaphore *sem);</pre><p>在 Linux 世界中, P 函数称为 down -- 或者这个名子的某个变体. 这里, "down" 指的是这样的事实, 这个函数递减旗标的值, 并且, 也许在使调用者睡眠一会儿来等待旗标变可用之后, 给予对被保护资源的存取. 有 3 个版本的 down:</p><pre class="programlisting">void down(struct semaphore *sem);int down_interruptible(struct semaphore *sem);int down_trylock(struct semaphore *sem);</pre><p>down 递减旗标值并且等待需要的时间. down_interruptible 同样, 但是操作是可中断的. 这个可中断的版本几乎一直是你要的那个; 它允许一个在等待一个旗标的用户空间进程被用户中断. 作为一个通用的规则, 你不想使用不可中断的操作, 除非实在是没有选择. 不可中断操作是一个创建不可杀死的进程( 在 ps 中见到的可怕的 "D 状态" )和惹恼你的用户的好方法, 使用 down_interruptible 需要一些格外的小心, 但是, 如果操作是可中断的, 函数返回一个非零值, 并且调用者不持有旗标. 正确的使用 down_interruptible 需要一直检查返回值并且针对性地响应.</p><p>最后的版本 ( down_trylock ) 从不睡眠; 如果旗标在调用时不可用, down_trylock 立刻返回一个非零值.</p><p>一旦一个线程已经成功调用 down 各个版本中的一个, 就说它持有着旗标(或者已经"取得"或者"获得"旗标). 这个线程现在有权力存取这个旗标保护的临界区. 当这个需要互斥的操作完成时, 旗标必须被返回. V 的 Linux 对应物是 up:</p><pre class="programlisting">void up(struct semaphore *sem); </pre><p>一旦 up 被调用, 调用者就不再拥有旗标.</p><p>如你所愿, 要求获取一个旗标的任何线程, 使用一个(且只能一个)对 up 的调用释放它. 在错误路径中常常需要特别的小心; 如果在持有一个旗标时遇到一个错误, 旗标必须在返回错误状态给调用者之前释放旗标. 没有释放旗标是容易犯的一个错误; 这个结果( 进程挂在看来无关的地方 )可能是难于重现和跟踪的.</p></div><div class="sect2" lang="zh-cn"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="UsingSemaphoresinscull.sect"></a>5.3.2. 在 scull 中使用旗标</h3></div></div></div><p>旗标机制给予 scull 一个工具, 可以在存取 scull_dev 数据结构时用来避免竞争情况. 但是正确使用这个工具是我们的责任. 正确使用加锁原语的关键是严密地指定要保护哪个资源并且确认每个对这些资源的存取都使用了正确的加锁方法. 在我们的例子驱动中, 感兴趣的所有东西都包含在 scull_dev 结构里面, 因此它是我们的加锁体制的逻辑范围.</p><p>让我们在看看这个结构:</p><pre class="programlisting">struct scull_dev { struct scull_qset *data; /* Pointer to first quantum set */⌨️ 快捷键说明
复制代码
Ctrl + C
搜索代码
Ctrl + F
全屏模式
F11
切换主题
Ctrl + Shift + D
显示快捷键
?
增大字号
Ctrl + =
减小字号
Ctrl + -