Linux内核信号量(semaphore)使用与源码分析

https://blog.csdn.net/Auris/article/details/107404962

一. 在Linux内核驱动中使用信号量(semaphore)常规操作步骤:

[0]. 定义信号量结构体变量;

struct semaphore sem;

[1]. 初始化信号量变量

1.  
   void sema_init(struct semaphore *sem, int n);
2.  
   eg. sema_init(&sem, 1);

[2]. 获取信号量:

1.  
   void down(struct semaphore *sem);                    // 获取信号量, 资源不足则睡眠等待
2.  
   int down_trylock(struct semaphore* sem);            // 试图获取信号量, 如果没有则直接返回 不睡眠
3.  
   int down_interruptible(struct semaphore* sem);        // 获取信号量, 可以被信号打断;

[3]. 释放信号量:

void up(struct semaphore* sem);                        // 释放信号量, 唤醒信号等待队列中的第一个等待进程

二. 重要的数据结构体:

1.  
   struct semaphore {
2.  
       raw_spinlock_t lock;
3.  
       unsigned int count;
4.  
       struct list_head wait_list;
5.  
   };
6.  
    
7.  
   struct semaphore_waiter {
8.  
       struct task_struct *task;
9.  
       bool up;
10.  
        struct list_head list;
11.  
    };

三. down操作源码分析, 以down函数为例:

1.  
   void down(struct semaphore *sem)
2.  
   {
3.  
       unsigned long flags;
4.  
       raw_spin_lock_irqsave(&sem->lock, flags);
5.  
       if (likely(sem->count > 0))
6.  
           sem->count--;
7.  
       else
8.  
           __down(sem);
9.  
       raw_spin_unlock_irqrestore(&sem->lock, flags);
10.  
    }

1.  
   static noinline void __sched __down(struct semaphore *sem)
2.  
   {
3.  
       __down_common(sem, TASK_UNINTERRUPTIBLE, MAX_SCHEDULE_TIMEOUT);
4.  
   }

1.  
   static inline int __sched __down_common(struct semaphore *sem, long state, long timeout)
2.  
   {
3.  
       struct task_struct *task = current;
4.  
       struct semaphore_waiter waiter;
5.  
    
6.  
       list_add_tail(&waiter.list, &sem->wait_list);
7.  
       waiter.task = task;
8.  
       waiter.up = false;
9.  
    
10.  
        for (;;) {
11.  
            if (signal_pending_state(state, task))
12.  
                goto interrupted;
13.  
            if (unlikely(timeout <= 0))
14.  
                goto timed_out;
15.  
            __set_task_state(task, state);
16.  
            raw_spin_unlock_irq(&sem->lock);
17.  
            timeout = schedule_timeout(timeout);
18.  
            raw_spin_lock_irq(&sem->lock);
19.  
            if (waiter.up)
20.  
                return 0;
21.  
        }
22.  
     
23.  
     timed_out:
24.  
        list_del(&waiter.list);
25.  
        return -ETIME;
26.  
     
27.  
     interrupted:
28.  
        list_del(&waiter.list);
29.  
        return -EINTR;
30.  
    }

四. up操作源码分析, 以up函数为例:

1.  
   void up(struct semaphore *sem)
2.  
   {
3.  
       unsigned long flags;
4.  
       raw_spin_lock_irqsave(&sem->lock, flags);
5.  
       if (likely(list_empty(&sem->wait_list)))
6.  
           sem->count++;
7.  
       else
8.  
           __up(sem);
9.  
       raw_spin_unlock_irqrestore(&sem->lock, flags);
10.  
    }

1.  
   static noinline void __sched __up(struct semaphore *sem)
2.  
   {
3.  
       struct semaphore_waiter *waiter = list_first_entry(&sem->wait_list,
4.  
                           struct semaphore_waiter, list);
5.  
       list_del(&waiter->list);
6.  
       waiter->up = true;
7.  
       wake_up_process(waiter->task);
8.  
   }

五. 流程分析与注意点:

[0]. sem->count的数值>=0, 如果count>0, 说明当前信号量没有被占用, 可以获取;
     如果count<=0(==0), 需要根据sem->list来添加等待任务或者唤醒任务;