本系列文章主要講述內核中的互斥與同步操作，主要包括內核中的鎖機制，信號量和互斥體，講述了基礎概念和常用的API函數接口和代碼示例，詳細目錄如下：
01 - 內核中的互斥與同步概述
02 - 原子變量應用示例
03 - 自旋鎖應用示例
04 - 信號量的應用示例
05 - 互斥量的應用示例
本實例使用原子變量實現了一個應用程序只能打開一個設備的目的，在init函數中初始化原子變量的值爲1，每次打開設備將原子變量的值減1。
在open函數中對原子變量的值進行判斷，如果原子變量的值等於0表示只有一個應用程序打開了設備，可以進行其他操作，如果原理變量的值小於0，那麼表示此時有應用程序正在使用設備，返回一個錯誤碼EBUSY，並將原子變量的值+1（目的是當正在打開設備的應用程序關閉時，原子變量的值還能恢復到初始值1）。
具體的代碼部分如下所示，文章最後將測試結果附上，並對其進行了解釋，詳情請參考示例代碼。
1 示例代碼
1.1 demo.c
驅動部分的代碼，主要包含了原子變量的實現和判斷，init、open和release函數的實現，具體內容在代碼中進行註釋。
#include <linux/module.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/atomic.h>
dev_t dev_no;
char devname[] = "demo_chrdev";
char classname[] = "demo_class";
struct cdev demo_cdev;
struct class *cls;
struct device *dev;
atomic_t atomic_v; // 定義一個原子變量，在init函數中初始化
static int demo_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
/*
每次打開設備原子變量自減1，atomic_dec_and_test結果爲0返回true
*/
if ( !atomic_dec_and_test(&atomic_v) )
{
printk("device busy.\n");
atomic_inc(&atomic_v);
goto err0;
}
printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);
return 0;
err0:
return -EBUSY; /* Device or resource busy */
}
static int demo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);
atomic_inc(&atomic_v); // 關閉設備後，原子變量值+1，其他程序可以訪問
return 0;
}
struct file_operations demo_ops = {
.open = demo_open,
.release= demo_release,
};
static int __init demo_init(void)
{
int ret;
printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);
atomic_set(&atomic_v, 1) ; // 原子變量初始化爲1
ret = alloc_chrdev_region(&dev_no, 0, 0, devname);
if (ret)
{
printk("alloc_chrdev_region failed.\n");
goto region_err;
}
cdev_init(&demo_cdev, &demo_ops);
ret = cdev_add(&demo_cdev, dev_no, 1);
if (ret < 0)
{
printk("cdev_add failed.\n");
goto add_err;
}
cls = class_create(THIS_MODULE, classname); /* /sys/class/.. */
if ( IS_ERR(cls) )
{
ret = PTR_ERR(cls);
printk("class_create failed.\n");
goto cls_err;
}
dev = device_create(cls, NULL, dev_no, NULL, "chrdev%d", 0); /* /dev/.. */
if ( IS_ERR(dev) )
{
ret = PTR_ERR(dev);
printk("device_create failed.\n");
goto dev_err;
}
return 0;
dev_err:
class_destroy(cls);
cls_err:
cdev_del(&demo_cdev);
add_err:
unregister_chrdev_region(dev_no, 1);
region_err:
return ret;
}
static void __exit demo_exit(void)
{
printk("%s -- %d.\n", __FUNCTION__, __LINE__);
device_destroy(cls, dev_no);
class_destroy(cls);
cdev_del(&demo_cdev);
unregister_chrdev_region(dev_no, 1);
}
module_init(demo_init);
module_exit(demo_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
1.2 test.c
示例的應用層測試代碼，包含了設備的打開和關閉函數，在打開和關閉之間延時5秒鐘，方便測試第二個應用程序打開設備的結果。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
int fd;
fd = open("/dev/chrdev0", O_RDWR, 0666);
if (fd < 0)
{
perror("open");
return -1;
}
sleep(5);
close(fd);
return 0;
}
1.3 Makefile
KERNELDIR ?= /home/linux/ti-processor-sdk-linux-am335x-evm-04.00.00.04/board-support/linux-4.9.28/
PWD := $(shell pwd)
all:
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
arm-linux-gnueabihf-gcc test.c -o app
install:
sudo cp *.ko app /tftpboot
clean:
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) clean
rm app
obj-m += demo.o
1.4 測試結果
示例的測試結果，結果詳細分析過程標註在結果後面。
root@am335x-evm:~# insmod demo.ko // 加載模塊
[ 53.871028] demo_init -- 53.
root@am335x-evm:~# ./app & // 後臺運行
[1] 903
[ 61.966737] demo_open -- 27. // 第一次成功打開
root@am335x-evm:~# ./app // 在上一個運行期間，再運行一次
[ 64.006403] device busy. // 內核打印的信息，連着打開兩次，出現device busy
[ 66.970339] open: Device or resource busy // 應用層打印的信息
root@am335x-evm:~# demo_release -- 37. // 5秒之後，第一次打開的設備關閉
root@am335x-evm:~# ./app // 再次打開，可以成功打開
[ 71.853160] demo_open -- 27.
[ 76.856765] demo_release -- 37. // 5秒之後關閉
root@am335x-evm:~# rmmod demo.ko // 卸載模塊
[ 86.067955] demo_exit -- 104.
