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;