linux驱动并发与竞态（方法一:原子操作）

竞态的解决方法

• 1. 原子操作
• 2. 自旋锁
• 3. 信号量
• 4. 互斥体

1. 原子操作

使用场景：整型原子变量保护驱动程序不被多次打开，既驱动打开一次之后，在退出之前其他进程无法再次打开驱动。

切记不能自行使用“+”、“-”等等操作原子操作数

1.1 整型原子操作函数（宏定义）

以下例举几个常用的。

1.1.1 定义整型原子变量并设置初始值

//atomic_t类型结构体
typedef struct {
   int counter;
} atomic_t;

//例子：定义初始值 a=0
atomic_t a = ATOMIC_INIT(0);

1.1.2 设置整型原子变量的值

#define atomic_set(v, i)             ((v)->counter = (i))

//code 例子：
atomic_set(&buffer->size, 0);

1.1.3 获取原子变量的值

#define atomic_read(v) ACCESS_ONCE((v)->counter)


static inline int atomic_read(const atomic_t *v)
{
	int temp;

	asm volatile (
		"LNKGETD %0, [%1]\n"
		: "=da" (temp)
		: "da" (&v->counter));

	return temp;
}

//code 例子
if (atomic_read(&waiting_for_crash_ipi) > 0)
	printk(KERN_WARNING "Non-crashing CPUs did not react to IPI\n");

1.1.4 整型原子变量的加/减

void atomic_add(int i, atomic_t *v); //整型原子变量加i
void atomic_sub(int i, atomic_t *v); //整型原子变量减i

//例子
atomic_add(1, &vfe_dev->irq_cnt);

1.1.5 整型原子变量自增/自减

#define atomic_inc(v) atomic_add(1,(v))
#define atomic_dec(v) atomic_sub(1,(v))

void atomic_inc(atomic_t *v); //整型原子变量自增1
void atomic_dec(atomic_t *v);//整型原子变量自减1

//例子
atomic_inc(&irq_err_count);

1.1.6 整型原子变量操作返回函数（宏定义）

#define atomic_inc_return(v) atomic_add_return(1, (v))//返回自增1的结果
#define atomic_dec_return(v) atomic_sub_return(1, (v)) //返回自减1的结果

//例子
if (atomic_inc_return(&kdump_in_progress) != 1)
	unw_init_running(kdump_cpu_freeze, NULL);

1.1.7 整型原子变量测试函数（宏定义）

/*整型原子变量减i后是否为0*/
#define atomic_sub_and_test(i, v) (atomic_sub_return((i), (v)) == 0)
/*整型原子变量自减1后是否为0*/
#define atomic_dec_and_test(v) (atomic_dec_return(v) == 0)
/*整型原子变量自加1后是否为0*/
#define atomic_inc_and_test(v) (atomic_inc_return(v) == 0)

//例子
	if (!atomic_inc_and_test(&ah->intr_ref_cnt)) {
		ath_dbg(common, INTERRUPT, "Do not enable IER ref count %d\n",
			atomic_read(&ah->intr_ref_cnt));
		return;
	}

1.2 位原子操作函数（宏定义）

以下例举几个常用的。

1.2.1 设置位

/*
* nr：指定设置哪一位 ，如果地址指定的数据是32位的，那么nr可取0~31。
* addr：指定要设置的地址。
* 返回值：无
*/
void set_bit(int nr, unsigned long *addr)

//例子
set_bit(PACKET_MERGE_SEGS, &pd->flags);

1.2.2 清除位

/*
* 作用：将某一位清0。
* nr：指定设置哪一位 ，如果地址指定的数据是32位的，那么nr可取0~31。
* addr：指定要设置的地址。
* 返回值：无
*/
void clear_bit(int nr, unsigned long *addr)

//例子
clear_bit(PACKET_MERGE_SEGS, &pd->flags);

1.2.3 改变位

/*
* 作用：翻转某一位的值，是0就变为1，是1就变为0
* nr：指定设置哪一位 ，如果地址指定的数据是32位的，那么nr可取0~31。
* addr：指定要设置的地址。
* 返回值：无
*/
void change_bit(int nr, unsigned long *addr);

//例子
change_bit(ATM_VF_ADDR,&vcc->flags);

1.2.4 测试位

/*
* 作用：获取某一位的值
* nr：指定设置哪一位 ，如果地址指定的数据是32位的，那么nr可取0~31。
* addr：指定要设置的地址。
* 返回值：返回nr位的值
*/
int test_bit(int nr, const volatile unsigned long *addr)

//例子
if (test_bit(usage->code, asc->pressed_fn))
	do_translate = 1;

1.2.5 测试并操作位

/*测试并设置位*/
/*
* nr：指定设置哪一位 ，如果地址指定的数据是32位的，那么nr可取0~31。
* addr：指定要设置的地址。
* 返回值：返回nr位的值
*/
int test_and_set_bit(int nr, volatile unsigned long *addr);
/*测试并清除位*/
int test_and_clear_bit(int nr, volatile unsigned long *addr);
/*测试并反转位*/
int test_and_change_bit(int nr, volatile unsigned long *addr);

1.3 整型原子操作实验

本实验使用整型原子变量保护驱动程序不被多次打开，既驱动打开一次之后，在退 出之前其他进程无法再次打开驱动。

只需要在驱动程序的.open和.release函数中添加整型原子相关操作即可

1.代码驱动修改

   /*---------------修改内容 1 -----------------*/
static atomic_t a = ATOMIC_INIT(1);

static int chrdevbase_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
   /*---------------修改内容 2 -----------------*/

    if(atomic_read(&a))    //if a=1。2种情况a=1:   1）初始值；2）进入过release函数
    {
        atomic_set(&a,0);  //set a=0
    }
    else                   //else if a = 0
    {
        printk("\n driver on using!  open failed !!!\n");   //fail
        return - EBUSY;
    }


    printk("open \n");
    return 0;
}
static int chrdevbase_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    /*---------------修改内容 3 -----------------*/
    atomic_set(&a,1);        //set a=1
    printk("chrdevbase release！\r\n");
    return 0;
}

2. 应用app代码修改

int main(int argc, char *argv[])
{
   int fd, error;   
   char buf[128];

   /*判断输入的命令是否合法*/
   if(argc != 1)
   {
        printf(" commend error ! \n");
        return -1;
   }
   /*打开文件*/
   printf(" going to open file \n");  //为了方便看code运行进度
   fd = open("/dev/chrdevbase", O_RDWR);
   if(fd < 0)
   {
      printf("open file : %s failed !\n", argv[0]);
      return -1;
   }
   /*判断命令的有效性*/
   /*写入命令*/
   memcpy(buf, wbuf, sizeof(wbuf));
   error = write(fd,buf,sizeof(buf));
   if(error < 0)
   {
      printf("write file error! \n");
      close(fd);
      /*判断是否关闭成功*/
   }

   /*--------------修改内容 1 ---------------*/
   sleep(15);  //休眠15秒

   /*关闭文件*/
   printf(" going to close file \n");   //为了方便看code运行进度
   error = close(fd);
   if(error < 0)
   {
      printf("close file error! \n");
      return -1;
   }
   return 0;   
}

3.编译后测试代码：
前面一次open file，若没过15s，无法再次打开。必须过了15s，才能再次打开。

msm8909w:/data/app # ./chrdevbaseApp2 &         ->加& 在后台运行
[1] 18473
 going to open file                             ->在open file前,在app code中加入此打印内容
msm8909w:/data/app # ./chrdevbaseApp2           ->在15s前，再次运行app
 going to open file
open file : ./chrdevbaseApp2 failed !           ->open file失败
255|msm8909w:/data/app #  going to close file   ->在close file前，在app code中加入此打印内容
255|msm8909w:/data/app # ./chrdevbaseApp2       ->过了15s后，再次运行app
 going to open file  
 going to close file
[1] + Done                 ./chrdevbaseApp2     ->不报错，成功open file
msm8909w:/data/app #

参考

[野火]i.MX Linux开发实战指南