深入浅出Linux设备驱动并发控制介绍

深入浅出Linux设备驱动并发控制介绍 (2007-05-28 22:32)

　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，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；可被中断的睡眠，当信号来到，睡眠的任务被唤醒
　　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；
　　除此之外，还有一组自旋锁使用于中断情况下的API。