Kernel module编程（十三）：信号量、互斥锁、读写信号量和完成量-CFANZ编程社区

　　本文也即《Linux Device Drivers》，LDD3的第五章Concurrency and Race Conditions的读书笔记之二，但我们不限于此内容。

信号量（Semaphore）

信号量和互斥锁

if(!dptr->data[s_pos]){ 
         dptr->data[s_pos] = kmalloc(quantum, GFP_KERNEL); 
         if(dptr->data[s_pos] == NULL) 
                goto out; 
         … … 
 }

　　信号量的使用例子见kernel module编程（五）：设备读写，相关操作已经重点标出，这里不再重复。使用方式如下：

头文件加载：#include <asm/semaphore.h>， 相关的数据结构为struct semaphore 。
创建信号量：void sema_init(struct semaphore * sem , int val ); 当val设置为1时就成为互斥锁。对于互斥锁，也可以采用如下的方式：

声明和初始化一个互斥锁：DECLARE_MUTEX( name ) 或者DECLARE_MUTEX_LOCKED( name )，其中name是一个struct semaphore的变量。在后一种方式，起始状态就是locked，其他线程/进程需要等待其unlocked才能进入。
如果一个互斥锁需要实时初始化，即动态产生，使用：void int_MUTEX(struct semaphore * sem ) ；或者void init_MUTEX_LOCKED(struct semaphore * sem );

对于信号量获取，即P函数，通过down来调用，对信号量进行减一操作，如果信号量不满足要求，则将调用者置为sleep状态直至资源获取。方式如下：

void down (struct semaphore * sem); 对信号量减一，并一直等到资源获取。
int down_interruptible (struct semaphore *sem); 同上，但是采用中断的方式(interruptible)，这是最为常用的使用方式，它允许用户中断一个正在等待信号量获取的用户空间的进程。如果采用非中断方式，则这个这个期间，进程是无法killed的。我们需要注意的是，采用这种方式，如果在等待期间用户终止了进程，则将返回一个非零的值，所以必须判断返回值，并作出相应处理。一般返回为-ERESTARTSYS ，在返回之前，应当确保undo之前用户可察觉的所有操作，如果不能确保，返回-EINTR .
int down_trylock(struct semaphore * sem ); 这种方式不会sleep，如果不能成功会的信号量，将马上返回非零值。

当一个线程成功调用down，即获得的semahore，将进入这段敏感代码区，执行完后，必须释放信号量。通过up来调用V操作。void up(struct semaphre * sem) 。我们要非常注意，如果在处理过程中出现异常或者错误而需要return，必须要保证信号量的释放，即无论是正常的还是异常地离开这段敏感代码区，都必须释放信号量 。否则任何线程/进程将无法获取信号量。

读写信号量

　　在scull 的例子中，读和写都通过信号量进行保护，防止一起写，也防止在写和读同时操作，这些都是我们应当避免的，当时它同时也不允许两个读的操作一通进行，而这种情况是不会产生危害的。Linux kernel提供了一个rwsem的特别的信号量用于处理这种情况，允许多个读同时存在以提高程序处理能力。读写信号量在驱动中一般较少使用，但是有时会非常有效。使用方式如下：

头文件加载：#include <linux/rwsem.h> ，相应的的数据结构为struct rw_semaphore ，
初始化操作：void init_rw_sem(struct rw_semaphore * sem );
对于只读操作，相关函数如下:

void down_read(struct rw_semaphore * sem ); 提供只读获取的保护，可以同时有其他的只读操作。他将置调用者与非中断的sleep，这是需要特别注意的，即如果另外有写的操作，而引起sleep，是非中断，用户不能在此刻中断进程。
int down_read_trylock(struct rw_semaphore * sem ); 马上返回，如果可读，返回非零，不可读，返回0。注意这个返回和一般的kernel函数的方式方式不一样。也可信号量的返回方式不一样。
void up_read(struct rw_semaphore * sem ); 释放读写信号量。

对于写的保护，相关函数如下：

void down_write(struct rw_semaphore * sem ); 类似down_read
int down_write_trylock(struct rw_semaphore * sem ); 类似down_read_trylock
void up_write(struct rw_semaphore * sem ); 类似up_read
void downgrade_write(struct rw_semaphore * sem ); 当一个写保护后，跟着一个耗费时间长的读保护，我们可以在使用能够downgrade_write，它允许其他读操作在你结束写后，马上获得读写型号了。否侧通常的处理是需要等待这个紧跟的漫长的读操作。

completion（不知道中文名字，可能是完成量，^_^）

头文件#include ，数据结构为struct completion ，初始化为init_completion(struct completion * comp ) ，也可以直接使用DECLARE_COMPLETION( comp )；
在A函数中，如果需要等待其他的处理，使用void wait_for_completion(struct completion * comp )；则在这个位置上将处于非中断的sleep，进行等待，也就是相关的线程/进程，用户是无法kill的。
在B函数，如果已经处理完，可以交由A函数处理，有下面两种方式

void complete(struct completion * comp ); 如果要执行A必须等待B先执行，B执行后，A可以继续执行。如果A需要再次执行，则需要确保下一次B执行完。如果连续执行两次B，则可以执行两次A，第三次A要等第三次B执行完。
void complete_all(struct completion * comp ); 只要B执行完，A就可以执行，无论执行多少次。如果需要再等待B的直系个可以使用INIT_COMPLETION(struct completion * comp ) 。重新初始化completion即可。
void complete_and_exit(struct completion * comp ,long retval ) ; 这个处理具有complete的功能外，还将调用它的线程/进程终止。可用于一些无限循环的场景，例如受到某个cleaned up的信息后，e通知用户程序终止，允许A函数执行。

#include <linux/completion.h>
... ...  
 DECLARE_COMPLETION(comp); //为了试验方便，就不分每个scull都持有一个完成量，本来应当如此int scull_read(... ...){ 
     struct scull_qset * dptr; 
     ... ...  
     printk("scull_read waiting for completed from write function./n"); 
     wait_for_completion (&comp); 
     printk("scull_read awake for reading,continue ..../n"); 
     ... .... 
 } int scull_write(... ...){ 
     ... ...  
     complete (&comp); 
// complete_all (&comp); 
 // complete_and_exit (&comp); 
 }　　
file = fopen("dev/scull0","r"); 
 ... ...  
 while((len = fread(read_buf,1,512,file)) > 0){ 
     t otal_len +=len; 
     printf("%s",read_buf); 
     memset(read_buf,0,512); 
 }　　
int scull_open(....) 
 { 
     ... ... 
     if((filp->f_flags & O_ACCMODE) == O_RDONLY){ 
         printk("waiting for completed from write function./n");  
         wait_for_completion(&comp); 
         printk("awake for reading,continue ..../n"); 
     } 
     ... ... 
 }