Linux 内核中的并发--信号量与互斥体

信号量（down操作->临界区->up操作）

信号量的使用方式和自旋锁类似，进程只有得到信号量才能执行临界区代码
但与自旋锁不同的是，当进程获取不到信号量时并不是原地打转而是睡眠等待

中断服务函数不能进行睡眠，因此信号量不能用于中断当中，如果中断函数一定要用信号量可以使用尝试上锁（down_trylock）进行操作，不能获取锁就立刻返回，以避免阻塞，通过返回值判读可执行与否

信号量相关函数介绍

#include //信号量相关函数的头文件

定义一个信号量

struct semaphore my_sem;

初始化信号量

void sema_init(struct semaphore *sem, int val);

参数1：信号量变量

参数2：信号量的计数值

获取信号量（减操作，不能被系统消息打断，导致调用者睡眠）

void down(struct semaphore *sem);

获取信号量（减操作，可以被系统消息打断，导致调用者睡眠）

int down_interruptible(struct semaphore *sem);

尝试获得信号量,成功返回0,失败返回非0，不会导致调用者睡眠）

int down_trylock(struct semaphore *sem);

释放信号量，即使信号量加1（如果线程睡眠，将其唤醒）

void up(struct semaphore *sem);

信号量小结

互斥体

互斥体，省去了信号量up和down的复杂操作，使互斥变得更简单，其本质等同于信号量，相关操作：

实例代码：

驱动端：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include   /*S5PV210_GPH3_BASE*/
#include 

#define EINT_DEVICE_ID			1

#define DRIVER_NAME				"key_eint_race"
#define err(msg) 				printk(KERN_ERR "%s: " msg "\n", DRIVER_NAME)
#define __debug(fmt, arg...)	printk(KERN_DEBUG fmt, ##arg)

#define GPH3CON					(unsigned long)(S5PV210_GPH3_BASE+ 0x00)
#define GPH3DAT					(unsigned long)(S5PV210_GPH3_BASE + 0x04)
#define GPH2UP					(unsigned long)(S5PV210_GPH2_BASE + 0x08)

static int major = 0;		/* Driver Major Number */
static int minor = 0;		/* Driver Minor Number */
struct class *key_class;
static struct device *key_device;

static unsigned int key;

static struct semaphore my_sem;
static unsigned int deal_key_value(unsigned int data)
{
	key = data;
	mdelay(1000);
	return key;
}

irqreturn_t buttons_interrupt(int irq, void *dev_id)
{	
	if(down_trylock(&my_sem) == 0){
		deal_key_value((unsigned int)dev_id);
		up(&my_sem);
	}
	//__debug("in eint function...\n");
	return IRQ_HANDLED;
}

static void key_io_port_init(void)
{
	unsigned long reg_val;
	
	reg_val = readl(GPH3CON);
	reg_val &= ~((0x0f<<0) | (0x0f<<4));
	reg_val |= ((0x01<<0) | (0x01<<4));
	writel(reg_val, GPH3CON);

	reg_val = readl(GPH3DAT);
	reg_val &= ~((0x01<<0) | (0x01<<1));
	writel(reg_val, GPH3DAT);

	reg_val = readl(GPH2UP);
	reg_val &= ~(0x03<<8);
	reg_val |= 0x02<<8;
	writel(reg_val, GPH2UP);
}

static ssize_t key_read(struct file *filp, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
	int key_num;
	int cpy_len;
	int retval;

	/*
	*	信号量是在进程调度的层次实现互斥，它实现了进程间抢占导致的并发操作，
	*   但不能解决中断产生的并发操作，我们的解决办法是尽量不在中断函数中访问
	*   临界区，或者在中断函数中采用尝试上锁的方式
	*/
	down(&my_sem);		//信号量减1
	key_num =deal_key_value(current->pid);
	up(&my_sem);		//信号量加1
	
	cpy_len = min(sizeof(key_num), count);
	retval = copy_to_user(buf, &key_num, cpy_len);
	
	return (cpy_len - retval);
}

/* Driver Operation structure */
static struct file_operations key_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.read = key_read,
};


static int __init key_eint_init(void)
{
	int retval;
	
	key_io_port_init();
	
	sema_init(&my_sem, 1);
	//__debug("in key_eint_init\n");
	
	retval = set_irq_type(IRQ_EINT(20),IRQ_TYPE_EDGE_FALLING);
	if(retval){
		err("IRQ_EINT20 set irq type failed");
		goto error;
	}
	
	retval = request_irq(IRQ_EINT(20), buttons_interrupt, IRQF_DISABLED, 
			"KEY1", (void *)EINT_DEVICE_ID);
	if(retval){
		err("request eint20 failed");
		goto error;
	}
	
	/* Driver register */
	major = register_chrdev(major, DRIVER_NAME, &key_fops);
	if(major < 0){
		err("register char device fail");
		retval = major;
		goto error_register;
	}
	key_class=class_create(THIS_MODULE,DRIVER_NAME);
	if(IS_ERR(key_class)){
		err("class create failed!");
		retval =  PTR_ERR(key_class);
		goto error_class;
	}
	key_device=device_create(key_class,NULL, MKDEV(major, minor), NULL,DRIVER_NAME);
	if(IS_ERR(key_device)){
		err("device create failed!");
		retval = PTR_ERR(key_device);
		goto error_device;
	}
	__debug("register myDriver OK! Major = %d\n", major);
	return 0;

error_device:
	class_destroy(key_class);
error_class:
	unregister_chrdev(major, DRIVER_NAME);
error_register:
	free_irq(IRQ_EINT(20), (void *)EINT_DEVICE_ID);
error:
	return retval;
}

static void __exit key_eint_exit(void)
{
	//__debug("in key_eint_exit\n");
	
	free_irq(IRQ_EINT(20), (void *)EINT_DEVICE_ID);

	unregister_chrdev(major, DRIVER_NAME);
	device_destroy(key_class,MKDEV(major, minor));
	class_destroy(key_class);

	return;
}

module_init(key_eint_init);
module_exit(key_eint_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Eric");

应用层：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

/*Linux内核是抢占式内核，在一个系统调用未结束前，另一个系统调用也可以进入进程上下文，访问同一缓冲区*/
int main(void)
{	
	int status;
	pid_t pid;
	
	//打开文件raceStation
	int fd_driver;
	if((fd_driver = open("/dev/key_eint_race", O_RDWR)) < 0){
		printf("file open error\n");
		exit(1);
	}
	//创建子进程
 	if((pid = fork()) < 0){
		perror("fork:");
		exit(1);
	}
	else if(pid == 0){					//判断如果是子进程
		int num;
		while(1){
			read(fd_driver,&num,sizeof(num));	
			printf("the num value is : %d\n",getpid(), num);

		//	usleep(50*1000);
		}
		close(fd_driver);
	}else{								//判断如果是父进程
		int num;
		while(1){	
			read(fd_driver,&num,sizeof(num));	
			printf("the num value is : %d\n",getpid(), num);

		//	usleep(50*1000);
		}
		pid = wait(&status);
		close(fd_driver);
	}
}