并发控制

在驱动程序中经常会出现这种情况，即多个进程同时访问相同的资源时可能会出现竟态

（race condition），即竞争资源状态，因此我们必须对共享资料进行并发控制。Linux 内核中 解决并发控制最常用的方法是自旋锁（Spinlocks）和信号量（Semaphores）。下面将分别介 绍这两种方法。

5.3.2.1 自旋锁（Spinlocks）

ü spin_lock(spinlock_t *lock);

该函数用于获得自旋锁 lock，如果能够立即获得锁，它就马上返回，否则它将自旋在 那里，直到该自旋锁的保持者释放，这时它获得锁并返回。总之，只有它获得锁才返 回。

ü spin_lock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long flags);

该函数获得自旋锁的同时把标志寄存器的值保存到变量 flags 中并失效本地中断。

ü spin_lock_irq(spinlock_t *lock);

该函数类似于 spin_lock_irqsave，只是该函数不保存标志寄存器的值。禁止本地中断 并获取指定的锁。

ü spin_lock_bh(spinlock_t *lock);

类似 spin_lock，该函数在获得自旋锁之前要求禁止软件中断，而使硬件中断开启着。

此外，还有两个非阻塞（nonblocking）自旋锁函数，关于非阻塞的概念将在后面的小节 介绍。

ü spin_trylock(spinlock_t *lock);

该函数尽力获得自旋锁 lock，如果能立即获得锁，它获得锁并返回真，否则不能立即 获得锁，立即返回假。它不会自旋等待 lock 被释放。

ü spin_trylock_bh(spinlock_t *lock);

该函数如果获得了自旋锁，它也将失效本地软中断。如果得不到锁，它什么也不做。

因此如果得到了锁，它等同于 spin_lock_bh，如果得不到锁，它等同于 spin_trylock。

如果该宏得到了自旋锁，需要使用 spin_unlock_bh 来释放。

类似的还有以下释放自旋锁的函数：

ü spin_unlock(spinlock_t *lock);

该函数释放自旋锁 lock，它与 spin_trylock 或 spin_lock 配对使用。如果 spin_trylock 返回假，表明没有获得自旋锁，因此不必使用 spin_unlock 释放。

ü spin_unlock_irqrestore(spinlock_t *lock, unsigned long flags);

该函数释放自旋锁 lock 的同时，也恢复标志寄存器的值为变量 flags 保存的值。它与 spin_lock_irqsave 配对使用。

ü spin_unlock_irq(spinlock_t *lock);

该函数释放自旋锁 lock 的同时，并激活本地中断。它与 spin_lock_irq 配对应用。

ü spin_unlock_bh(spinlock_t *lock);

该函数释放自旋锁 lock 的同时，也使能本地的软中断。它与 spin_lock_bh 配对使用。

关于读自旋锁的 API 函数有：

ü read_lock(rwlock_t *lock);

ü read_lock_irqsave(rwlock_t *lock, unsigned long flags);

ü read_lock_irq(rwlock_t *lock);

ü read_lock_bh(rwlock_t *lock);

ü read_unlock(rwlock_t *lock);

ü read_unlock_irqrestore(rwlock_t *lock, unsigned long flags);

ü read_unlock_irq(rwlock_t *lock);

ü read_unlock_bh(rwlock_t *lock);

关于写自旋锁的 API 函数有：

ü write_lock(rwlock_t *lock);

ü write_lock_irqsave(rwlock_t *lock, unsigned long flags);

ü write_lock_irq(rwlock_t *lock);

ü write_lock_bh(rwlock_t *lock);

ü write_trylock(rwlock_t *lock);

ü write_unlock(rwlock_t *lock);

ü write_unlock_irqrestore(rwlock_t *lock, unsigned long flags);

ü write_unlock_irq(rwlock_t *lock);

ü write_unlock_bh(rwlock_t *lock);

总之，关于自旋锁的 API 函数还有许多，这里就不再一一介绍了，下面我们可以看一 下自旋锁的通常用法。

……

spinlock_t my_slock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;

spin_lock(&my_slock);

上的一个软中断绝不会抢占另一个软中断，因此这种情况下根本不需要禁止下半部。

（mutex，mutual exclusion 的缩写）体。几乎所有的信号量在 Linux 内核中都是用于互斥现 象。

信号量和互斥体的实现相关函数有：

ü sema_init(struct semaphore *sem, int val);

该函数用来初始化一个信号量。其中第一个参数 sem 为指向信号量的指针，val 为赋 给该信号量的初始值。

ü DECLARE_MUTEX(name);

该宏声明一个信号量 name 并初始化它的值为 1，即声明一个互斥锁。

ü DECLARE_MUTEX_LOCKED(name);

该宏声明一个互斥锁 name，但把它的初始值设置为 0，即锁在创建时就处在已锁状 态。因此对于这种锁，一般是先释放后获得。

ü init_MUTEX(struct semaphore *sem);

该 函 数 被 用 在 运 行 时 初 始 化 （ 如 在 动 态 分 配 互 斥 体 的 情 况 下 ）， 其 作 用 类 似 DECLARE_MUTEX，即它把信号量 sem 的值设置为 1。

ü init_MUTEX_LOCKED(struct semaphore *sem);

该函数也用于初始化一个互斥锁，但它把信号量 sem 的值设置为 0，即一开始就处在 已锁状态。

ü down(struct semaphore *sem);

该函数用于获得信号量 sem，它会导致睡眠，因此不能在中断上下文（包括 IRQ 上 下文和软中断上下文）使用该函数。该函数将把 sem 的值减 1，如果信号量 sem 的值 非负，就直接返回，否则调用者将被挂起，直到别的任务释放该信号量才能继续运行。

ü down_interruptible(struct semaphore *sem);

该函数功能与 down 类 似，不同之处为 down 不 会被信号（signal）打断，但 down_interruptible 能被信号打断，因此该函数用返回值来区分是正常返回还是被信号 中断，如果返回 0，表示获得信号量正常返回，如果被信号打断，返回-EINTR。

ü down_trylock(struct semaphore *sem);

该函数试着获得信号量 sem，如果能够立刻获得，它就获得该信号量并返回 0，否则，

表示不能获得信号量 sem，返回值为非 0 值。因此它不会导致调用者睡眠，可以在中 断上下文使用。

ü up(struct semaphore *sem);

该函数释放信号量 sem，即把 sem 的值加 1，如果 sem 的值为非正数，表明有任务等 待该信号量，因此唤醒这些等待者。

自旋锁和信号量有很多相似之处又一些本质的不同，其相同之处有：一是它们对互斥来

ü init_rwsem(struct rw_semaphore *sem);

其中 rwsem 是 reader/writer semaphore 的缩写，它是 Linux 内核提供的一种特殊信号 量类型，通过这个函数在运行时初始化 rwsem 的对象。

ü down_read(struct rw_semaphore *sem);

读者调用该函数来得到读写信号量 sem。该函数会导致调用者睡眠，因此只能在进程 上下文使用。

ü down_read_trylock(struct rw_semaphore *sem);

该函数类似于 down_read，只是它不会导致调用者睡眠。它尽力得到读写信号量 sem，

如果能够立即得到，它就得到该读写信号量，并且返回 1，否则表示不能立刻得到该 信号量，返回 0。因此，它也可以在中断上下文使用。

ü up_read(struct rw_semaphore *sem);

读者使用该函数释放读写信号量 sem。它与 down_read 或 down_read_trylock 配对使 用。如果 down_read_trylock 返回 0，不需要调用 up_read 来释放读写信号量，因为根 本就没有获得信号量。

ü down_write(struct rw_semaphore *sem);

写者使用该函数来得到读写信号量 sem，它也会导致调用者睡眠，因此只能在进程上 下文使用。

ü down_write_trylock(struct rw_semaphore *sem);

该函数类似于 down_write，只是它不会导致调用者睡眠。该函数尽力得到读写信号量，

如果能够立刻获得，就获得该读写信号量并且返回 1，否则表示无法立刻获得，返回 0。它可以在中断上下文使用。

ü up_write(struct rw_semaphore *sem);

写者调用该函数释放信号量 sem。它与 down_write 或 down_write_trylock 配对使用。

如果 down_write_trylock 返回 0，不需要调用 up_write，因为返回 0 表示没有获得该 读写信号量。

ü downgrade_write(struct rw_semaphore *sem);

该函数用于把写者降级为读者，这有时是必要的。因为写者是排他性的，因此在写者