Linux内核互斥锁--mutex

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一、定义：

/linux/include/linux/mutex.h

47struct mutex {
48        /* 1: unlocked, 0: locked, negative: locked, possible waiters */
49        atomic_t                count;
50        spinlock_t              wait_lock;
51        struct list_head        wait_list;
52#ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
53        struct thread_info      *owner;
54        const char              *name;
55        void                    *magic;
56#endif
57#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
58        struct lockdep_map      dep_map;
59#endif
60};

二、作用及访问规则：

      互斥锁主要用于实现内核中的互斥访问功能。内核互斥锁是在原子 API 之上实现的，但这对于内核用户是不可见的。对它的访问必须遵循一些规则：同一时间只能有一个任务持有互斥锁，而且只有这个任务可以对互斥锁进行解锁。互斥锁不能进行递归锁定或解锁。一个互斥锁对象必须通过其API初始化，而不能使用memset或复制初始化。一个任务在持有互斥锁的时候是不能结束的。互斥锁所使用的内存区域是不能被释放的。使用中的互斥锁是不能被重新初始化的。并且互斥锁不能用于中断上下文。但是互斥锁比当前的内核信号量选项更快，并且更加紧凑，因此如果它们满足您的需求，那么它们将是您明智的选择。

三、各字段详解：
1、atomic_t count;
指示互斥锁的状态：
1 没有上锁，可以获得
0 被锁定，不能获得
负数 被锁定，且可能在该锁上有等待进程
初始化为没有上锁。

2、spinlock_t wait_lock;
等待获取互斥锁中使用的自旋锁。在获取互斥锁的过程中，操作会在自旋锁的保护中进行。初始化为为锁定。

3、struct list_head wait_list;
等待互斥锁的进程队列。

四、操作：
1、定义并初始化：

struct mutex mutex;
mutex_init(&mutex);

79# define mutex_init(mutex) \
80do { \
81 static struct lock_class_key __key; \
82 \
83 __mutex_init((mutex), #mutex, &__key); \
84} while (0)

42void
43__mutex_init(struct mutex *lock, const char *name, struct lock_class_key *key)
44{
45     atomic_set(&lock->count, 1);
46     spin_lock_init(&lock->wait_lock);
47     INIT_LIST_HEAD(&lock->wait_list);
48
49     debug_mutex_init(lock, name, key);

50}

直接定于互斥锁mutex并初始化为未锁定，己count为1，wait_lock为未上锁，等待队列wait_list为空。

2、获取互斥锁：
(1)具体参见linux/kernel/mutex.c
void inline fastcall __sched mutex_lock(struct mutex *lock);

      获取互斥锁。实际上是先给count做自减操作，然后使用本身的自旋锁进入临界区操作。首先取得count的值，在将count置为－1，判断如果原来count的置为1，也即互斥锁可以获得，则直接获取，跳出。否则进入循环反复测试互斥锁的状态。在循环中，也是先取得互斥锁原来的状态，在将其之为－1，判断如果可以获取(等于1)，则退出循环，否则设置当前进程的状态为不可中断状态，解锁自身的自旋锁，进入睡眠状态，待被在调度唤醒时，再获得自身的自旋锁，进入新一次的查询其自身状态(该互斥锁的状态)的循环。

(2)具体参见linux/kernel/mutex.c
int fastcall __sched mutex_lock_interruptible(struct mutex *lock)；

和mutex_lock()一样，也是获取互斥锁。在获得了互斥锁或进入睡眠直到获得互斥锁之后会返回0。如果在等待获取锁的时候进入睡眠状态收到一个信号(被信号打断睡眠)，则返回_EINIR。

(3)具体参见linux/kernel/mutex.c
int fastcall __sched mutex_trylock(struct mutex *lock);
试图获取互斥锁，如果成功获取则返回1，否则返回0，不等待。

3、释放互斥锁：
具体参见linux/kernel/mutex.c
void fastcall mutex_unlock(struct mutex *lock);
释放被当前进程获取的互斥锁。该函数不能用在中断上下文中，而且不允许去释放一个没有上锁的互斥锁。

五、使用形式：

struct mutex mutex;
mutex_init(&mutex); /*定义*/
...
mutex_lock(&mutex); /*获取互斥锁*/
... /*临界资源*/

mutex_unlock(&mutex); /*释放互斥锁*/