Linux内核驱动学习之锁

    谈到并发访问共享资源，就会谈到锁的问题，不论是什么系统，什么层次。

     而今天主要是对Linux内核中锁的知识进行了学习，由于知识理论上的学习，知道有这么个东西，具体的深入需要在以后的编码过程中慢慢体会了。

    记得在操作系统课程中学过锁，已讲解了生产者和消费者之间锁的关系，而Linux学习的第一个锁也就是这样的一个所，或者在印象中应该叫做信号量吧，特别之处就是该信号量的值我们总是让它为1，于是就变成了互斥锁了。

一 、旗标

在Linux 3中叫做旗标。

具体使用如下：

包含头文件<asm/semaphore.h>,相关的类型是struct semaphore;可以有几种方法来声明和初始化旗标。

1、直接创建旗标，然后使用sema_init来初始化它。sema_init原形为void sema_init(struct semaphore* sem, int val);这里的val是安排给旗标的初始值，我们把它设置为1就是互斥锁了。

2、在Linux 3书上说，如果旗标要在运行时初始化使用init_MUTEX函数，但是我们在前面编译scull代码时，发现在最近的源码中该函数已经被废弃调用，至于我们直接使用sema_init会不会有问题，暂时不知道，但反正现在我们编译出来的驱动调用是没有问题的，并发没有测试。

3、书上也说可以使用DECLARE_MUTEX(name)和DECLARE_MUTEX_LOCKED(name)宏来声明和初始化，具体情况暂不讨论，我们还要往下讨论实际如何控制并发，而不是对一个旗标的初始化纠结不清。

在Linux世界中P操作称为down,down的意思就是对旗标进行减操作，对于旗标来说，有三个版本的down操作，当然他们使用于不同的情况：

void down(struct semaphore* sem);//一直等待，直到旗标可用，不可中断，可能造成进程是一个不可杀死进程

int down_interruptible(struct semaphore* sem);//可中断，一般是最好的选择，但要注意检查返回值

int down_trylock(struct semaphore* sem);//不等待，如果不能获得锁则直接返回非0值

Linux中的V操作对应的是up.而旗标对应的up操作就只有一个了，声明为这样void up(struct semaphore* sem).不管调用上面三个函数中的那个获得的旗标，在调用up后都表示不在拥有该旗标。在scull使用旗标是把它作为设备结构的一个成员，也就是控制对设备的互斥访问。

读写旗标：允许多个读线程对旗标进行并行访问，而如果写线程则必须和读线程对旗标进行互斥，写线程具有高的优先级。该旗标类型是rwsem.头文件在<linux/rwsem.h>中，

数据类型是 struct rw_semaphore;使用时必须对旗标进行显示初始化void init_rwsema(struct rw_semaphore* sem);对应的PV函数使用方法和前面的使用差不多，不在罗列，使用的时候参看就行了。

Completions机制：是用于两个有依赖关系的线程之间同步的问题，就好像在Windows中的事件机制一样。一个线程在某个地方阻塞了，等待另外线程处理完成后发出通知，"OK，你或者你们可以继续玩乐".要使用completion,需要包含头文件<linux/completion.h>,

可以使用DECLARE_COMPLETION(my_completion);宏来初始化，如果必须动态创建和初始化则如下：

struct completion my_completion;

init_completion(&mycompletion)；

使用wait_for_completion(struct completion* c);来等待该completion;要注意的是，使用该函数的进程如果其等待的completion没有发生，则该进程是一个不可杀死的进程。

而发出通知的函数有void complete(struct completion* c)和void complete_all(struct completion* c)。前者表示激活一个等待的线程，后者表示激活所有等待的线程，具体用法不详列了。还有另一个函数需要关注，对编成时很有用void complete_and_exit(struct completion* c, int retval);

二 、自旋锁，再Linux中也是一个重要的锁，其也就是一个互斥所，有上锁和解锁两个状态。自旋锁可用在不能够睡眠的代码中，如中断，其性能比旗标高，但对用法上带来一定的限制。自旋锁相对来说较复杂，在Linux 3中花了大篇幅讲，在新内核中应该有所改动，如SPIN_LOCK_UNLOCKED宏不在被使用，我们在编译scull驱动的时候遇见的问题。这里也不在讨论，本次博客的目的是了解Linux中的所种类及大致使用。

三 、不加锁算法   使用环形缓存区实现不加锁算法也算是一种说。

四、原子变量，在程序处理中，一个整形值作为共享资源的情况很多，Linux提供了一个高效的机制来实现对该整形变量的访问。该原子整数类型为atomic_t,包含在头文件<asm/atomic.h>中。

五、位操作，当需要以原子操作操作单个位时，需要使用位操作锁。

六、seqlock锁，是2.6内核包含的一对新机制打算来提供快速地，无锁地存取一个共享资源。seqlock在这种情况下工作，要保护的资源小，简单，并且常常被访问，但很少被写而起快。其使用要求读者来检查与谢者的冲突而工作，并且当发生这样的冲突时，重试他们的存取。seqlock通常不能够用在保护包含指针的数据结构，因为读者可能跟随着一个无效指针而写者在改变数据结构。其实该锁就是当读者检查到用写操作进行时直接报告失败，将重新读取的操作交给调用者去处理。

七、读取拷贝更新锁，是对经常读极少写的情况做优化。恩，所使用方法多，实际使用中再慢慢学习了。