linux字符设备驱动-同步互斥阻塞笔记

一、开发环境

1、内核：Linux 2.6.22.6；

2、JZ2440

3、ubuntu 9.10

二、互斥

为了实现同一时绝对的只能有一个进程使用某个设备需要互斥机制，linux互斥机制有多种，如原子变量、互斥锁、信号量、自旋锁、读写锁等等。

1、原子操作。指执行的过程中不会被别的代码路径所中断的操作。实现原子操作过程：

 1.1 其常使用的函数有：

static atomic_t canopen = ATOMIC_INIT(1); //定义原子变量并初始化为1

atomic_dec_and_test(atomic_t *v))//自减操作，并检测是否为0，为0返回ture，为1返回false。

atomic_read(atomic_t *v);//读取

atomic_dec(atomic_t *v);//自减1

atomic_inc(atomic_t *v);//自增1

 1.2 使用过程

 （1）设置原子变量。用来标记设备是否被占用。如定义原子变量canopen：

   static atomic_t canopen = ATOMIC_INIT(1);     //定义原子变量并初始化为1

 （2）在打开设备之前先测试设备是否可用。假设我们用1表示可用，检测函数如下。设备可用时，原子变量减1后为0，检测函数返回ture，非ture为false，则不执行if语句，此时原子变量也变为0，表示设备不可用。下面就可也写使用设备的函数了。

if (！atomic_dec_and_test(&canopen))   //检测，设备不可用执行if语句
{
atomic_inc(&canopen);    //将原子变量变回原来的值
return -EBUSY;
}

（3）在关闭设备的函数里最后把设备标记为未被占用。即使用atomic_inc(atomic_t *v)，让原子变量为1，表示设备可用。

使用原子变量，在原子变量加减的时候，不能其他操作打断，因而保证了绝对互斥，同一时间设备只能被一个进程使用。

2、信号量

信号量(Semaphore)，有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施, 它负责协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。

只有获取到信号量的进程才能打开设备，获取不到信号量的进程返回或休眠。

 2.1 使用函数

定义信号量sem

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 

可用使用DECLARE_MUTEX，实现信号量的定义并初始化，如：DECLARE_MUTEX(name);  //定义一个信号量name，并初始化它的值为1。 

注意init_MUTEX（），DECLARE_MUTEX 在linux2.6.38以后已被移除。其中DECLARE_MUTEX(name)被DEFINE_SEMAPHORE替代，为避免与DEFINE_MUTEX 互斥锁相近引起开发者误解。

获得信号量
void down(struct semaphore * sem);
int down_interruptible(struct semaphore * sem);   //获取不到休眠，可被中断
int down_trylock(struct semaphore * sem);      //获取不到立即返回
释放信号量
void up(struct semaphore * sem);

2.2 使用过程

（1）定义一个信号量。如，定义一个信号量button_lock：

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

（2）打开设备时先获得信号量。如，

down(&button_lock);

也可用其他函数。第一个进程执行到down函数时可以申请到信号量button_lock，第二个进程如果再申请则申请不到，进入休眠状态，直到信号量被释放，第二个进程就可以进行。

（3）关闭设备最后释放信号量。如，

  up(&button_lock);

3、阻塞、非阻塞的实现

3.1 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。 

3.2 通过判断函数带入的参数file的file->f_flags来判断是否为阻塞，以做相应的操作。

         if (file->f_flags & O_NONBLOCK)
    {
  //非阻塞，实现立即返回
    }
   else
   {
//阻塞，实现休眠

   }

实现后，应用程序调用实现后的函数时，可以选择阻塞或非阻塞方式，阻塞时陷入休眠，非阻塞时立即返回信息。一般默认是阻塞，应用程序设置非阻塞方式打开使用O_NONBLOCK，如下：

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