驱动程序学习（四）并发控制（1）信号量的控制

并发是驱动程序中，最常见的一种现象。因此掌握并发也是编写驱动程序的一个最基本的知识点。

当多个线程同时访问相同的资源时（比如全局变量）可能引发竞态。

竞态是：当多个线程同时访问同一个资源时，最后一个对资源修改的线程将把前面所有线程对资源

的修改全部覆盖掉，就好像前面的线程没有任何操作一样。

竞态会导致对共享数据的非控制访问，发生错误的访问模式，会产生非预期的结果。（参照<linu驱动程序>）

因此必须对共享资源进行并发控制。

linux中解决并发控制的最常用的方法是信号量和自旋锁。

关于信号量的结构体和函数：

1信号量的定义

struct    semaphore    sem

2信号量的初始化初始为val

void  sema_init (struct semaphore *sem,int val)

初始化一个互斥锁，即把信号量sem设置为1

void sema_init(struct semaphore *sem, 1)

或

void init_MUTEX(struct semaphore *sem)

将信号量初始化为0

void init_MUTEX_LOCKED(struct semaphore)

在内核中的进程调度中有一个信号量的概念跟上面设计的很相似。

当信号量为大于0的数字时，进程执行，而每一个进程获取信号量时都会对信号量进行减一操作。

当某个线程获取的信号量为小于0时，该线程阻塞，等待信号量增加。这在内核进程调度中称为p操作

而信号量怎么增加呢？

每当一个线程释放掉一个信号量时，信号量加一，这时阻塞的函数检测到信号量大于0，则开始执行。

这在内核的进程调度中称为V操作。

而在驱动程序中

3申请信号量的函数为

void down（struct  semaphore *sem）

void down_interruptible(struct semaphre *sem)

void down_trylock（struct semaphore *sem）

根据英语词义，down向下，正好对应p操作的减一，多么形象的命名。

上述几个函数是有一定区别的，

第一个不能被信号打断，会导致休眠，不能应用于中断上下文。

第二个能被信号打断

第三个尝试获取信号量，如果能立即获得则立刻获得该信号量，并返回0，否则返回非零值，

不会导致休眠。

4释放信号量的函数：

void up（struct   semaphore  *sem）

接着我们来试一试

chardev_sem.c

#include<linux/module.h>
#include<linux/init.h>
#include<linux/fs.h>
#include<asm/uaccess.h>
#include<asm/semaphore.h>
MODULE_LICENSE("GPL");


#define MAJOR_NUM 112


static ssize_t chardev_read(struct file *,char *,size_t, loff_t *);
static ssize_t chardev_write(struct file *,const char *,size_t,loff_t *);


struct file_operations chardev_fops=
{
read: chardev_read,
write: chardev_write,
};
static int chardev_var=0;
static struct semaphore sem;


static int chardev_init(void)
{
int ret;
ret=register_chrdev(MAJOR_NUM,"chardev",&chardev_fops);
if(ret)
{
printk("chardev register failure");
}
else
{
printk("chardev register success");
init_MUTEX(&sem);
}
return ret;
}


static void chardev_exit(void)
{


unregister_chrdev(MAJOR_NUM,"chardev");
}


static ssize_t chardev_read(struct file *filp,char *buf,size_t len,loff_t *off)
{
if(down_interruptible(&sem))
{
return -ERESTARTSYS;
}
if(copy_to_user(buf,&chardev_var,sizeof(int)))
{
up(&sem);
return -EFAULT;
}
up(&sem);
return sizeof(int);
}


ssize_t chardev_write(struct file *filp,const char *buf,size_t len, loff_t *off)
{
if(down_interruptible(&sem))
{
return -ERESTARTSYS;
}
if(copy_from_user(&chardev_var,buf,sizeof(int)))
{
up(&sem);
return -EFAULT;
}
up(&sem);
return sizeof(int);
}


module_init(chardev_init);
module_exit(chardev_exit);

makefile 代码

KERNELDIR?= /lib/modules/2.6.25-14.fc9.i686/build/


PWD := $(shell pwd)
CC=$(CROSS_COMPILE)gcc
obj-m := chardev_sem.o
modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
modules_install:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install


clean:

编译成功后，创建设备节点

mknod  /dev/chardev   c 112 0

测试程序代码

#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
main()
{
int fd,num;
fd=open("/dev/chardev",O_RDWR,S_IRUSR|S_IWUSR);
if(fd!=-1)
{
read(fd,&num,sizeof(int));
printf("The chardev is %d\n",num);
printf("Please input the num written to chardev\n");
scanf("%d",&num);
write(fd,&num,sizeof(int));
read(fd,&num,sizeof(int));
printf("The chardev is %d\n",num);
close(fd);
}
else
{
printf("Device open failure\n");
}
}

这个测试程序是向驱动程序写入一个字符，同时将写入的字符读取出来。

打开两个终端，分别运行这个驱动程序发现，两个程序都可以打开我们的设备文件