linux驱动开发--字符设备：自旋锁

自旋锁的使用

自旋锁（spin lock）是一种对临界资源进行互斥访问的典型手段，其名称来源于它的工作方式。为了获得自旋锁，在某cpu上运行的代码需要先执行一个院子操作，该操作测试并设置某个内存变量，由于它是原子操作，所以在该操作完成之前其他执行单元不可能访问这个内存变量。

如果测试结果表明锁已经空闲，则程序获得这个自旋锁并继续执行；如果测试结果表明锁被占用，程序将在一个小循环内重复这个“测试并设置”操作，即金星所谓的“自旋”。当自旋锁的持有者通过重置该变量释放这个自旋锁后，某个等待的“测试并设置”操作向其调用者报告锁已释放。

Linux系统中与自旋锁相关的操作如下：
1、定义自旋锁 spinlock_t spin;
2、初始化自旋锁 spin_lock_init(lock);
3、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，它将自旋在哪里，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”。
4、释放锁spin_unlock(lock);该宏释放自旋锁lock，它与spin_trylock或spin_lock配对使用。

自旋锁的一般使用方式：

spinlock_t lock;spin_lock_init(&lock);spin_lock(&lock);//获得自旋锁，包含临界区....//临界区spin_unlock(&lock);//解锁

自旋锁主要针对smp或单cpu但内核可抢占的情况，对于单cpu和内核不支持抢占的系统，自旋锁退化为空操作。在单cpu和内核可抢占的系统中，自选锁持有期间内核的抢占将被禁止。由于内核抢占的单cpu系统的行为实际很类似于smp系统，因此在这样的单cpu系统中使用自旋锁扔十分必要。

在使用自旋锁中还要特别注意如下问题：
自旋锁实际上是忙等锁，当锁不可用时，cpu一直循环执行“测试并设置”该锁直到可用而取得该锁，cpu在等待自旋锁时不做任何有用的工作，仅仅是等待。因此只有在占用锁的事件极短的情况下，使用自旋锁才是合理的。当临界区很大或有共享设备的时候，需要较长事件占用锁，使用自旋锁会降低系统的性能。

自旋锁可能导致系统死锁。引发这个问题最常见的情况是递归使用一个自旋锁，即如果一个已经拥有某个自旋锁的cpu想第二次获得这个自旋锁，则该cpu将死锁。此外，如果进程获得自旋锁后再阻塞，也可能导致死锁的发生。copy_from_user()/copy_to_user()和kmalloc()等函数都有可能引起阻塞，因此自旋锁的占用期间不能调用这些函数。

/***Copyright (c) 2013.TianYuan*All rights reserved.**文件名称: char_device_driver11.c*文件标识: 自旋锁**当前版本：1.0*作者：wuyq **取代版本：xxx*原作者：xxx*完成日期：2013-11-29*/#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/cdev.h>#include <linux/device.h>#include <linux/slab.h>#include <asm/uaccess.h>#include <asm/gpio.h>#include <plat/gpio-cfg.h>#include <linux/spinlock_types.h>MODULE_LICENSE("GPL");#define CDD_MAJOR200//cat /proc/devices找一个尚未使用的#define CDD_MINOR0#define CDD_COUNT1//一个cdev控制两个leddev_t dev = 0;u32 cdd_major = 0;u32 cdd_minor = 0;struct class *dev_class = NULL;#define BUF_SIZE100struct cdd_cdev{struct cdev cdev;struct device *dev_device;u8 led;char kbuf[BUF_SIZE];u32 data_len;//记录缓冲区中已经写入数据的长度//定义自旋锁spinlock_t lock;int opentimes;//打开计数};struct cdd_cdev *cdd_cdevp = NULL;unsigned long led_gpio_table[2] = {S5PV210_GPC1(3),//数字S5PV210_GPC1(4),};int cdd_open(struct inode* inode, struct file *filp){struct cdd_cdev *pcdevp = NULL;printk("enter cdd_open!\n");pcdevp = container_of(inode->i_cdev, struct cdd_cdev, cdev);printk("led = %d\n", pcdevp->led);/*获取自旋锁*/spin_lock(&pcdevp->lock);if(!(--(pcdevp->opentimes) == 0)){printk("cdev is already open!\n");pcdevp->opentimes++;spin_unlock(&pcdevp->lock);return -EBUSY;}/*释放锁*/spin_unlock(&pcdevp->lock);filp->private_data = pcdevp;return 0;}int cdd_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *offset){int ret = 0;u32 pos = *offset;u32 cnt = count;struct cdd_cdev *cdevp = filp->private_data;//printk("enter cdd_read!\n");if(cnt > (cdevp->data_len-pos) ){cnt = cdevp->data_len - pos;}ret = copy_to_user(buf, cdevp->kbuf+pos, cnt);//printk("kernel kbuf content:%s\n", cdevp->kbuf);*offset += cnt;return ret;}int cdd_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *offset){int ret = 0;struct cdd_cdev *cdevp = filp->private_data;u32 pos = *offset;u32 cnt = count;//printk("enter cdd_write!\n");if(cnt > (BUF_SIZE - pos) ){cnt = BUF_SIZE - pos;}ret = copy_from_user(cdevp->kbuf+pos, buf, cnt);*offset += cnt;if(*offset > cdevp->data_len){cdevp->data_len = *offset;}return ret;}int cdd_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long data){//printk("enter cdd_ioctl!\n");switch(cmd){case 1://点亮灯//设置管脚为输出功能//参数：1.要设置的管脚编号2.默认的输出值 0低电平1高电平gpio_direction_output(led_gpio_table[data], 0);//禁止内部上拉s3c_gpio_setpull(led_gpio_table[data], SEC_GPIO_PULL_NONE);//设置输出值gpio_set_value(led_gpio_table[data], 1);break;case 0://熄灭灯//设置管脚为输出功能//参数：1.要设置的管脚编号2.默认的输出值 0低电平1高电平gpio_direction_output(led_gpio_table[data], 0);//禁止内部上拉s3c_gpio_setpull(led_gpio_table[data], SEC_GPIO_PULL_NONE);//设置输出值gpio_set_value(led_gpio_table[data], 0);break;default:return -EINVAL;}return 0;}int cdd_release(struct inode *inode, struct file *filp){struct cdd_cdev *pcdevp = filp->private_data;printk("enter cdd_release!\n");//加锁spin_lock(&pcdevp->lock);pcdevp->opentimes++;spin_unlock(&pcdevp->lock);return 0;}loff_t cdd_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence){struct cdd_cdev *pcdevp = filp->private_data;loff_t newpos = 0;switch(whence){case SEEK_SET:newpos = offset;break;case SEEK_CUR:newpos = filp->f_pos + offset;break;case SEEK_END:newpos = pcdevp->data_len + offset;break;default:return -EINVAL;//无效的参数}if( newpos<0 || newpos>= BUF_SIZE ){return -EINVAL;}filp->f_pos = newpos;return newpos;}struct file_operations cdd_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = cdd_open,.read = cdd_read,.write = cdd_write,.ioctl = cdd_ioctl,.release = cdd_release,.llseek = cdd_llseek,};int __init cdd_init(void){int ret = 0;int i = 0;if(cdd_major){dev = MKDEV(CDD_MAJOR, CDD_MINOR);//生成设备号//注册设备号;1、要注册的起始设备号2、连续注册的设备号个数3、名字ret = register_chrdev_region(dev, CDD_COUNT, "cdd_demo");}else{// 动态分配设备号ret = alloc_chrdev_region(&dev, cdd_minor, CDD_COUNT, "cdd_demo02");}if(ret < 0){printk("register_chrdev_region failed!\n");goto failure_register_chrdev;}//获取主设备号cdd_major = MAJOR(dev);printk("cdd_major = %d\n", cdd_major);cdd_cdevp = kzalloc(sizeof(struct cdd_cdev)*CDD_COUNT, GFP_KERNEL);if(IS_ERR(cdd_cdevp)){printk("kzalloc failed!\n");goto failure_kzalloc;}/*创建设备类*/dev_class = class_create(THIS_MODULE, "cdd_class");if(IS_ERR(dev_class)){printk("class_create failed!\n");goto failure_dev_class;}for(i=0; i<CDD_COUNT; i++){/*初始化cdev*/cdev_init(&(cdd_cdevp[i].cdev), &cdd_fops);/*添加cdev到内核*/cdev_add(&(cdd_cdevp[i].cdev), dev+i, 1);/* “/dev/xxx” */device_create(dev_class, NULL, dev+i, NULL, "cdd%d", i);cdd_cdevp[i].led = i;//初始化自旋锁spin_lock_init(&(cdd_cdevp[i].lock));cdd_cdevp[i].opentimes = 1;}return 0;failure_dev_class:kfree(cdd_cdevp);failure_kzalloc:unregister_chrdev_region(dev, CDD_COUNT);failure_register_chrdev:return ret;}void __exit cdd_exit(void){/*逆序消除*/int i = 0;for(; i < CDD_COUNT; i++){device_destroy(dev_class, dev+i);cdev_del(&(cdd_cdevp[i].cdev));//cdev_del(&((cdd_cdevp+i)->cdev));}class_destroy(dev_class);kfree(cdd_cdevp);unregister_chrdev_region(dev, CDD_COUNT);}module_init(cdd_init);module_exit(cdd_exit);

/***Copyright (c) 2013.TianYuan*All rights reserved.**文件名称: char_device_driver11_test.c*文件标识: 测试程序：telnet 连接上板子，执行一次。 板子本身再执行一次**当前版本：1.0*作者：wuyq **取代版本：xxx*原作者：xxx*完成日期：2013-11-29*/#include <stdio.h>#include <fcntl.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>/*手工创建设备节点文件mknod /dev/cdd c 248 0*/int fd = 0;char rbuf[100];char wbuf[100] = "nihao!\n";int main(){char ch;fd = open("/dev/led0", O_RDWR);if(fd < 0){printf("open failed!\n");return -1;}printf("open successed fd = %d\n", fd);while(1){printf("starting to test /dev/cdd...\n");ch = getchar();getchar();//取走回车if(ch == 'q'){break;}switch(ch){case 'r':memset(rbuf, 0, 100);//清空read(fd, rbuf, 3);printf("user space from kernel: %s\n", rbuf);break;case 'w':write(fd, wbuf, strlen(wbuf) );break;case 'o':ioctl(fd, 0, 0);break;case 'O':ioctl(fd, 1, 0);break;case 'p':ioctl(fd, 0, 1);break;case 'P':ioctl(fd, 1, 1);break;case 'l':lseek(fd, 0, SEEK_SET);//移动的文件的开头break;default:break;}sleep(1);}close(fd);return 0;}