【驱动】同步、互斥、阻塞

1. 原子操作
原子操作指的是在执行过程中不会被别的代码路径所中断的操作。
常用原子操作函数举例：
atomic_t v = ATOMIC_INIT(0); //定义原子变量v并初始化为0
atomic_read(atomic_t *v); //返回原子变量的值
void atomic_inc(atomic_t *v); //原子变量增加1
void atomic_dec(atomic_t *v); //原子变量减少1
int atomic_dec_and_test(atomic_t *v); //自减操作后测试其是否为0，为0则返回true，否则返回false。

2. 信号量
信号量（semaphore）是用于保护临界区的一种常用方法，只有得到信号量的进程才能执行临界区代码。
当获取不到信号量时，进程进入休眠等待状态，即当持有信号量时，（进程）是可以休眠的。休眠（同时交出CPU使用权），使得CPU得到最大限度的利用。

　　定义信号量
　　struct semaphore sem;
　　初始化信号量
　　void sema_init (struct semaphore *sem, int val);
　　void init_MUTEX(struct semaphore *sem);//初始化为0

以上三句指令等价于：

　　static DECLARE_MUTEX(button_lock); //定义互斥锁

获得信号量
void down(struct semaphore * sem);
int down_interruptible(struct semaphore * sem);
int down_trylock(struct semaphore * sem);
释放信号量
void up(struct semaphore * sem);

问题1：互斥锁是一种特殊的信号量？

 

3. 阻塞
阻塞操作
是指在执行设备操作时若不能获得资源则挂起进程，直到满足可操作的条件后再进行操作。
被挂起的进程进入休眠状态，被从调度器的运行队列移走，直到等待的条件被满足。

非阻塞操作
进程在不能进行设备操作时并不挂起，它或者放弃，或者不停地查询，直至可以进行操作为止。

fd = open("...", O_RDWR | O_NONBLOCK);

 

 

 

在TP驱动定义一个信号量互斥锁DECLARE_MUTEX(xx_lock), //等同struct semaphore xx_lock; init_MUTEX(&xx_lock);之和;
xx_open()中down(&xx_lock)获取信号量，
在xx_close()中up(&xx_lock)释放信号量。

fd = open("/dev/keys_10", O_RDWR);则默认为阻塞操作。

---

DECLARE_MUTEX宏

Linux可以使用互斥信号量来表示互斥锁，那就是通过宏DECLARE_MUTEX来定义一个互斥信号量，因为DECLARE_MUTEX这个宏，

Marcin Slusarz在08年提交的了一个patch，邮件地址为：https://lkml.org/lkml/2008/10/26/74，Marcin Slusarz认为DECLARE_MUTEX宏会误导开发者，所以建议将DECLARE_MUTEX修改成DEFINE_SEMAPHORE，这个提议最终被内核社区所接受，在2.6.36版本后的内核就没有DECLARE_MUTEX这个宏了，取而代之的是DEFINE_SEMAPHORE宏，在后来同互斥信号量相关的init_MUTEX、init_MUTEX_LOCKED也从文件中移除了。

————————————————
版权声明：本文为CSDN博主「Zackary-」的原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/WANG__RONGWEI/article/details/52832652

---

自旋锁：

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，调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁，此即"自旋锁"。

跟互斥锁一样，一个执行单元要想访问被自旋锁保护的共享资源，必须先得到锁，在访问完共享资源后，必须释放锁。如果在获取自旋锁时，没有任何执行单元保持该锁，那么将立即得到锁；如果在获取自旋锁时锁已经有保持者，那么获取锁操作将自旋在那里，直到该自旋锁的保持者释放了锁。由此我们可以看出，自旋锁是一种比较低级的保护数据结构或代码片段的原始方式，这种锁可能存在两个问题：死锁、过多占用cpu资源。

 

信号量、互斥锁、自旋锁的使用区别：

由此可见，自旋锁比较适用于锁使用者保持锁时间比较短的情况。正是由于自旋锁使用者一般保持锁时间非常短，因此选择自旋而不是睡眠是非常必要的，自旋锁的效率远高于 互斥锁。 信号量和读写信号量适合于保持时间较长的情况，它们会导致调用者睡眠，因此只能在 进程上下文使用，而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。如果被保护的 共享资源只在进程上下文访问，使用信号量保护该共享资源非常合适，如果对共享资源的访问时间非常短，自旋锁也可以。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。自旋锁保持期间是抢占失效的，而信号量和读写信号量保持期间是可以被抢占的。自旋锁只有在 内核可抢占或 SMP（多处理器）的情况下才真正需要，在单CPU且不可抢占的内核下，自旋锁的所有操作都是空操作。

 

自旋锁和信号量的使用要点：
(1)自旋锁不能递归
(2)自旋锁可以用在中断上下文（信号量不可以，因为可能睡眠），但是在中断上下文中获取自旋锁之前要先禁用本地中断

　　注：中断上下文是不参与进程调度的。
(3)自旋锁的核心要求是：拥有自旋锁的代码必须不能睡眠，要一直持有CPU直到释放自旋锁
(4)信号量和读写信号量适合于保持时间较长的情况，它们会导致调用者睡眠，因此只能在进程上下文使用，而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。
如果被保护的共享资源只在进程上下文访问，使用信号量保护该共享资源非常合适，如果对共享资源的访问时间非常短，自旋锁也可以。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。自旋锁保持期间是抢占失效的，而信号量和读写信号量保持期间是可以被抢占的。自旋锁只有在内核可抢占或SMP（多处理器）的情况下才真正需要，在单CPU且不可抢占的内核下，自旋锁的所有操作都是空操作。