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操作系统 :: linux

深入浅出Linux设备驱动之并发控制


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  在驱动程序中,当多个线程同时访问相同的资源时(驱动程序中的全局变量是一种典型的共享资源),可能会引发"竞态",因此我们必须对共享资源进行并发控制。Linux内核中解决并发控制的最常用方法是自旋锁与信号量(绝大多数时候作为互斥锁使用)。



  自旋锁与信号量"类似而不类",类似说的是它们功能上的相似性,"不类"指代它们在本质和实现机理上完全不一样,不属于一类。



  自旋锁不会引起调用者睡眠,如果自旋锁已经被别的执行单元保持,调用者就一直循环查看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁,"自旋"就是"在原地打转"。而信号量则引起调用者睡眠,它把进程从运行队列上拖出去,除非获得锁。这就是它们的"不类"。



  但是,无论是信号量,还是自旋锁,在任何时刻,最多只能有一个保持者,即在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。这就是它们的"类似"。



  鉴于自旋锁与信号量的上述特点,一般而言,自旋锁适合于保持时间非常短的情况,它可以在任何上下文使用;信号量适合于保持时间较长的情况,会只能在进程上下文使用。如果被保护的共享资源只在进程上下文访问,则可以以信号量来保护该共享资源,如果对共享资源的访问时间非常短,自旋锁也是好的选择。但是,如果被保护的共享资源需要在中断上下文访问(包括底半部即中断处理句柄和顶半部即软中断),就必须使用自旋锁。



  与信号量相关的API主要有:



  定义信号量











struct semaphore sem;









  初始化信号量











void sema_init (struct semaphore *sem, int val);









  该函数初始化信号量,并设置信号量sem的值为val











void init_MUTEX (struct semaphore *sem);









  该函数用于初始化一个互斥锁,即它把信号量sem的值设置为1,等同于sema_init (struct semaphore *sem, 1);











void init_MUTEX_LOCKED (struct semaphore *sem);









  该函数也用于初始化一个互斥锁,但它把信号量sem的值设置为0,等同于sema_init (struct semaphore *sem, 0);



  获得信号量











void down(struct semaphore * sem);









  该函数用于获得信号量sem,它会导致睡眠,因此不能在中断上下文使用;











int down_interruptible(struct semaphore * sem);









  该函数功能与down类似,不同之处为,down不能被信号打断,但down_interruptible能被信号打断;











int down_trylock(struct semaphore * sem);









  该函数尝试获得信号量sem,如果能够立刻获得,它就获得该信号量并返回0,否则,返回非0值。它不会导致调用者睡眠,可以在中断上下文使用。



  释放信号量











void up(struct semaphore * sem);









  该函数释放信号量sem,唤醒等待者。



  与自旋锁相关的API主要有:



  定义自旋锁











spinlock_t spin;









  初始化自旋锁











spin_lock_init(lock)









  该宏用于动态初始化自旋锁lock



  获得自旋锁











spin_lock(lock)









  该宏用于获得自旋锁lock,如果能够立即获得锁,它就马上返回,否则,它将自旋在那里,直到该自旋锁的保持者释放;











spin_trylock(lock)









  该宏尝试获得自旋锁lock,如果能立即获得锁,它获得锁并返回真,否则立即返回假,实际上不再"在原地打转";



  释放自旋锁











spin_unlock(lock)









  该宏释放自旋锁lock,它与spin_trylock或spin_lock配对使用;





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