管理訊號量、自旋鎖、原子變數函式介面>>Linux 裝置驅動程式
阿新 • • 發佈：2019-01-05
文章目錄
- [0x100] 程序競態特徵
- [0x200] 訊號量
- [0x300] 自旋鎖
- [0x400] 原子變數
接下來是這個，沒想到核心的知識還是挺緊湊，已經不再有上個月的對程式碼恐慌的狀態了；
繼續實現我的願望，結果要努力過了才知道；
[0x100] 程序競態特徵
- 簡述定義：同一時間，不同程序對共享資源的訪問，由於次序不同導致結果與預期不一致的情況；
- 共享資源：全域性變數、核心空間資料、堆分配 等；被稱為臨界區
- 面臨問題：當某程序操作的共享資源時，減少或者阻止其他程序對相同資源訪問或者修改；
[0x200] 訊號量
- 程序訊號量 ：基於進入臨界區訪問數量控制，每次進入減1，當訊號量為0 時，即為鎖定狀態；
- 讀寫訊號量 ：基於程序對臨界區的執行的操作，確定是否需要阻塞等待上一個程序完成操作；
[0x210] 程序訊號量函式介面[struct semaphore]
[0x211] 初始化訊號量
#include <asm/semaphore.h>
void sema_init(struct semaphore * sem,int val);
//函式功能 ：初始化 訊號量結構體
//args 1 ： 定義的訊號量結構體指標；
//args 2 ： 訊號量的初始數值 如何數值為1 則為互斥訊號量；
DECLARE_MUTEX(struct semaphore *);
DECLARE_MUTEX_LOCK(struct semaphore*);
[0x212] 獲取與釋放訊號量
#include <asm/semaphore.h>
/*不達目的不罷休的獲取訊號量*/
void down(struct semaphore*);
/*如果沒有被中斷就一直等待獲取訊號量，如果程序獲取訊號量時，被中斷則返回 非零，處理結果-ERESTARTSYS 或者 -EINTR*/
int down_interruptible(struct semaphore *);
/*試一下不行就放棄的獲取訊號量，如果沒有獲取訊號量，則返回非零值*/
int down_trylock(struct semaphore *);
/*釋放訊號量*/
void up(struct semaphore *);
[0x213] 使用訊號量注意事項
- 使用訊號量之前必須初始化，且初始化必須位於設備註冊之前；
- 如果使用 特殊的 加鎖 需要檢查返回值，例如 down_interruptible(), 並對應適當的處理；
- 如果需要執行過程結束前，必須執行 up()解除鎖定，否則訊號量狀態將永遠無法找回；
[0x220] 讀寫訊號量函式介面[struct rw_semaphore]
- 只讀臨界區可以併發， 只寫臨界區不可併發；；
- 獲取臨界區資源時，寫入者優先順序高於讀取者的優先順序
[0x221] 配置讀訊號量
#include <linux/rwsem.h>
//函式功能 ：初始化讀寫訊號量結構體
void init_rwsem(struct rw_semaphore *);
/*定義讀鎖定狀態與釋放狀態*/
void down_read(struct rw_semaphore *);
/*不同於其它trylock 函式，當獲取許可權時返回非零值，無法獲取時返回0*/
int down_read_trylock(struct rw_semaphore *);
/*讀訊號量解除鎖定的必須是由 down_read_* 鎖定的臨界區*/
void up_read(struct rw_semaphore *);
[0x222] 配置寫訊號量
#include <linux/rwsem.h>
//函式功能 ：初始化讀寫訊號量結構體
void init_rwsem(struct rw_semaphore *);
/*定義寫鎖定狀態與釋放狀態*/
void down_write(struct rw_semaphore *);
/*不同於其它trylock 函式，當獲取許可權時返回非零值，無法獲取時返回0*/
int down_write_trylock(struct rw_semaphore *);
/*寫訊號量解除鎖定的必須是由 down_write_* 鎖定的臨界區*/
void up_write(struct rw_semaphore *);
/*寫入完成且仍處於寫訊號量狀態鎖定時，呼叫該函式可以允許只讀程序進入臨界區訪問*/
void downgrade_write(struct rw_semaphore *);
[0x300] 自旋鎖
- 鎖定狀態，將使未獲取鎖的程序一直處於自旋的執行狀態，直到獲取鎖成功；
- 非搶佔單核CPU的自旋鎖操作為空，是為了防止程序陷入永遠自旋狀態；
- 自旋鎖必須用於原子上下文，且儘量避免鎖定耗時操作；
- 自動禁止 CPU的搶佔，防止當前造成死鎖；
[0x310]自旋鎖注意事項
[0x311] 可能造成死鎖的情況
- 程序切換中斷前獲取的自旋鎖，之後中斷上下文需要獲取這個鎖時；
- 程序上下文中，執行過程中互相鎖定了對方需要的臨界區資源；
[0x312] 減少可能死鎖的情況
- 嚴格規定鎖定與解鎖的順序；
- 固定上層函式執行加鎖解鎖動作，減少內層巢狀函式執行鎖定的可能；
- 減少實現大量精細顆粒的鎖定過程；
- 實現迴圈棧緩衝 #include <linux/kfifo.h>；
[0x320] 自旋鎖函式介面[struct spinlock]
[0x321] 初始化自旋鎖
#include <linux/spinlock.h>
/*方法1*/
spinlock_t pym_lock = SPIN_LOCKP_UNLOCKED;
/*方法2*/
void spin_lock_init(spinlock_t *lock);
[0x322] 獲取自旋鎖
#include <linux/spinlock.h>
/*不做任何操作獲取自旋鎖*/
void spin_lock(spinlock_t *lock);
/*獲取自旋鎖之前禁止IRQ中斷，並儲存之前的中斷狀態到flag中，如果自旋處於中斷上下文 必須用此函式*/
void spin_lock_irqsave(spinlock_t *lock,unsigned long flags);
/*獲取自旋鎖之前禁止IRQ中斷，不儲存之前的中斷狀態，如果自旋處於中斷上下文 必須用此函式*/
void spin_lock_irq(spinlock_t *lock);
/*獲取自旋鎖之前禁止軟中斷*/
void spin_lock_bh(spinlock_t *lock);
[0x323] 釋放自旋鎖
/*不做任何操作釋放自旋鎖*/
#include <linux/spinlock.h>
void spin_unlock(spinlock_t *lock);
/*釋放自旋鎖之前恢復IRQ中斷，並恢復之前的中斷狀態從flag中，其中flags 必須是從spin_lock_irqsave中的返回引數*/
void spin_unlock_irqrestore(spinlock_t *lock,unsigned long flags);
/*釋放自旋鎖之前恢復IRQ中斷，不恢復之前的中斷狀態*/
void spin_unlock_irq(spinlock_t *lock);
/*釋放自旋鎖之前禁止軟中斷*/
void spin_unlock_bh(spinlock_t *lock);
[0x330] 讀寫自旋鎖函式介面[rwlock_t]
[0x331] 配置讀自旋鎖
#include <linux/spinlock.h>
/*初始化讀寫自旋鎖*/
void rwlock_init(rwlock_t *lock);
/*獲取讀自旋鎖*/
void read_lock(rwlock_t *lock);
/*獲取讀自旋鎖之前禁止IRQ中斷，並儲存之前的中斷狀態到flag中，如果自旋處於中斷上下文 必須用此函式*/
void read_lock_irqsave(rwlock_t *lock,unsigned long flags);
/*獲取讀自旋鎖之前禁止IRQ中斷，不儲存之前的中斷狀態，如果自旋處於中斷上下文 必須用此函式*/
void read_lock_irq(rwlock_t *lock);
/*獲取讀自旋鎖之前禁止軟中斷*/
void read_lock_bh(rwlock_t *lock);
/*釋放讀自旋鎖*/
void read_unlock(rwlock_t *lock);
/*釋放讀自旋鎖之前恢復IRQ中斷，並恢復之前的中斷狀態從flag中，其中flags 必須是從read_lock_irqsave中的返回引數*/
void read_unlock_irqrestore(rwlock_t *lock,unsigned long flags);
/*釋放讀自旋鎖之前恢復IRQ中斷，不恢復之前的中斷狀態*/
void read_unlock_irq(rwlock_t *lock);
/*釋放讀自旋鎖之前禁止軟中斷*/
void read_unlock_bh(rwlock_t *lock);
[0x332] 配置寫自旋鎖
#include <linux/spinlock.h>
/*初始化讀寫自旋鎖*/
void rwlock_init(rwlock_t *lock);
/*獲取寫自旋鎖*/
void write_lock(rwlock_t *lock);
/*獲取寫自旋鎖之前禁止IRQ中斷，並儲存之前的中斷狀態到flag中，如果自旋處於中斷上下文 必須用此函式*/
void write_lock_irqsave(rwlock_t *lock,unsigned long flags);
/*獲取寫自旋鎖之前禁止IRQ中斷，不儲存之前的中斷狀態，如果自旋處於中斷上下文 必須用此函式*/
void write_lock_irq(rwlock_t *lock);
/*獲取寫自旋鎖之前禁止軟中斷*/
void write_lock_bh(rwlock_t *lock);
/*釋放寫自旋鎖*/
void write_unlock(rwlock_t *lock);
/*釋放寫自旋鎖之前恢復IRQ中斷，並恢復之前的中斷狀態從flag中，其中flags 必須是從read_lock_irqsave中的返回引數*/
void write_unlock_irqrestore(rwlock_t *lock,unsigned long flags);
/*釋放寫自旋鎖之前恢復IRQ中斷，不恢復之前的中斷狀態*/
void write_unlock_irq(rwlock_t *lock);
/*釋放寫自旋鎖之前禁止軟中斷*/
void write_unlock_bh(rwlock_t *lock);
[0x400] 原子變數
- 用於對較小範圍的資源的操作單入，是一種替補鎖結構的策略，但並不是一種鎖；
- 通常是對atomic_t 這種小於 24位的int 值的操作；
- 由於操作過程可能只需要一個指令即可完成，不可分割 所以稱為原子變數；
- 原子變數不能作為整形數值進行傳遞；
[0x410] 原子變數函式介面
[0x411] 建立與獲取、增加、減少
#include <asm/atomic.h>
/*1. 初始化 共兩種方法*/
/*method 1 ：巨集初始化原子變數結構 其中 val是需要初始化的數值*/
atomic_t i_val = ATOMIC_INIT(val)；
/*method 2 ：函式初始化原子變數 其中 i_ptr是原子變數結構，val是需要初始化的數值*/
void atomic_set(atomic_t *i_ptr,int val);
/*2.操作 包括 獲取、增加、減少*/
/*獲取結構中的原子數值*/
int atomic_read(atomic_t *i_ptr);
/*從i_ptr 中增加指定數值inc_val */
void atomic_add(int inc_val,atomic_t *i_ptr);
/*從i_ptr 中減少指定數值dec_val */
void atomic_sub(int dec_val,atomic_t *i_ptr);
/*從i_ptr 中+1 */
void atomic_inc(atomic_t *i_ptr);
/*從i_ptr 中-1 */
void atomic_dec(atomic_t *i_ptr);
[0x412] 增加與減少後返回原子值正負結果
#include <asm/atomic.h>
/*先執行相應的操作後判斷原子變數，如果是=0則返回真，如果>0則返回假，黏連步驟還要恢復的原子變數數值*/
int atomic_sub_and_test(int dec_val,atomic_t *i_ptr);
int atomic_inc_and_test(atomic_t *i_ptr);
int atomic_dec_and_test(atomic_t *i_ptr);
/*例外的add 如果 inc_val 新增到 i_ptr後 如果原子變數 <0為真，如果原子變數 >=0為假;*/
int atomic_add_negative(int inc_val,atomic_t *i_ptr);
[0x412] 增加與減少後返回當前原子值
/*先執行相應操作後將原子變數的最終數值返回給呼叫者*/
int atomic_add_return(int inc_val,atomic_t *i_ptr);
int atomic_sub_return(int dec_val,atomic_t *i_ptr);
int atomic_inc_return(atomic_t *i_ptr);
int atomic_dec_return(atomic_t *i_ptr);