6.4 linux内核信号量

信号量特点

1.由于竞争信号量的时候,未能拿到信号的进程会进入睡眠,所以信号量可以适用于长时间持有。
2.由于睡眠的特性,只能在进程上下文进行调用,无法再中断上下文中使用信号量。
3.期望去占用一个信号量的同时,不允许持有自旋锁,因为企图去获取信号量的时候,可能导致睡眠,而自旋锁不允许睡眠。

信号量的定义

1、semaphore 结构体

/* Please don't access any members of this structure directly */
struct semaphore {
    raw_spinlock_t      lock;
    unsigned int        count;
    struct list_head    wait_list;
};

2、semaphore 初始化

static inline void sema_init(struct semaphore *sem, int val)
{
    static struct lock_class_key __key;
    *sem = (struct semaphore) __SEMAPHORE_INITIALIZER(*sem, val);
    lockdep_init_map(&sem->lock.dep_map, "semaphore->lock", &__key, 0);
}

3、获取semaphore

/**
 * down_interruptible - acquire the semaphore unless interrupted
 * @sem: the semaphore to be acquired
 *
 * Attempts to acquire the semaphore.  If no more tasks are allowed to
 * acquire the semaphore, calling this function will put the task to sleep.
 * If the sleep is interrupted by a signal, this function will return -EINTR.
 * If the semaphore is successfully acquired, this function returns 0.
 */
int down_interruptible(struct semaphore *sem)
{
    unsigned long flags;
    int result = 0;

    raw_spin_lock_irqsave(&sem->lock, flags);
    if (likely(sem->count > 0))
        sem->count--;
    else
        result = __down_interruptible(sem);
    raw_spin_unlock_irqrestore(&sem->lock, flags);

    return result;
}
EXPORT_SYMBOL(down_interruptible);
static noinline int __sched __down_interruptible(struct semaphore *sem)
{
    return __down_common(sem, TASK_INTERRUPTIBLE, MAX_SCHEDULE_TIMEOUT);
}
/*
 * Because this function is inlined, the 'state' parameter will be
 * constant, and thus optimised away by the compiler.  Likewise the
 * 'timeout' parameter for the cases without timeouts.
 */
static inline int __sched __down_common(struct semaphore *sem, long state,
                                long timeout)
{
    struct semaphore_waiter waiter;

    list_add_tail(&waiter.list, &sem->wait_list);
    waiter.task = current;
    waiter.up = false;

    for (;;) {
        if (signal_pending_state(state, current))
            goto interrupted;
        if (unlikely(timeout <= 0))
            goto timed_out;
        __set_current_state(state);
        raw_spin_unlock_irq(&sem->lock);
        timeout = schedule_timeout(timeout);
        raw_spin_lock_irq(&sem->lock);
        if (waiter.up)
            return 0;
    }

 timed_out:
    list_del(&waiter.list);
    return -ETIME;

 interrupted:
    list_del(&waiter.list);
    return -EINTR;
}

4、释放semaphore

/**
 * up - release the semaphore
 * @sem: the semaphore to release
 *
 * Release the semaphore.  Unlike mutexes, up() may be called from any
 * context and even by tasks which have never called down().
 */
void up(struct semaphore *sem)
{
    unsigned long flags;

    raw_spin_lock_irqsave(&sem->lock, flags);
    if (likely(list_empty(&sem->wait_list)))
        sem->count++;
    else
        __up(sem);
    raw_spin_unlock_irqrestore(&sem->lock, flags);
}
EXPORT_SYMBOL(up);

信号量的使用


1、信号量的初始化
a) 静态初始化
可通过sema_init函数静态地声明信号量,其中name为信号量变量名,count是信号量的使用数量:

struct semaphore name;
sema_init(&name, count);

b) 动态初始化

static DECLARE_MUTEX(name);

2、获取信号量

void down(struct semaphore *sem);
 int down_interruptible(struct semaphore *sem);
int down_killable(struct semaphore *sem);
int down_timeout(struct semaphore *sem, long timeout);

3、释放信号量

void __up(struct semaphore *sem);

实例

drivers/video/fbdev/smscufx.c

struct urb_list {
        ......
    struct semaphore limit_sem;
        ......
};

sema_init(&dev->urbs.limit_sem, i);

static struct urb *ufx_get_urb(struct ufx_data *dev)
{
    int ret = 0;
    struct list_head *entry;
    struct urb_node *unode;
    struct urb *urb = NULL;
    unsigned long flags;

    /* Wait for an in-flight buffer to complete and get re-queued */
    ret = down_timeout(&dev->urbs.limit_sem, GET_URB_TIMEOUT);
    if (ret) {
        atomic_set(&dev->lost_pixels, 1);
        pr_warn("wait for urb interrupted: %x available: %d\n",
               ret, dev->urbs.available);
        goto error;
    }

    spin_lock_irqsave(&dev->urbs.lock, flags);

    BUG_ON(list_empty(&dev->urbs.list)); /* reserved one with limit_sem */
    entry = dev->urbs.list.next;
    list_del_init(entry);
    dev->urbs.available--;

    spin_unlock_irqrestore(&dev->urbs.lock, flags);

    unode = list_entry(entry, struct urb_node, entry);
    urb = unode->urb;

error:
    return urb;
}

static void ufx_free_urb_list(struct ufx_data *dev)
{
    int count = dev->urbs.count;
    struct list_head *node;
    struct urb_node *unode;
    struct urb *urb;
    int ret;
    unsigned long flags;

    pr_debug("Waiting for completes and freeing all render urbs\n");

    /* keep waiting and freeing, until we've got 'em all */
    while (count--) {
        /* Getting interrupted means a leak, but ok at shutdown*/
        ret = down_interruptible(&dev->urbs.limit_sem);
        if (ret)
            break;

        spin_lock_irqsave(&dev->urbs.lock, flags);

        node = dev->urbs.list.next; /* have reserved one with sem */
        list_del_init(node);

        spin_unlock_irqrestore(&dev->urbs.lock, flags);

        unode = list_entry(node, struct urb_node, entry);
        urb = unode->urb;

        /* Free each separately allocated piece */
        usb_free_coherent(urb->dev, dev->urbs.size,
                  urb->transfer_buffer, urb->transfer_dma);
        usb_free_urb(urb);
        kfree(node);
    }
}

static void ufx_release_urb_work(struct work_struct *work)
{
    struct urb_node *unode = container_of(work, struct urb_node,
                          release_urb_work.work);

    up(&unode->dev->urbs.limit_sem);
}
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