《Linux设备驱动程序》(七)——信号量使用示例
haoteby 2025-07-08 18:08 6 浏览
上一节中介绍了并发和竞态的概念,以及介绍了一些手段用于避免产生竞态,包括信号量、completion机制、自旋锁、原子变量等。
本节我们使用其中的信号量来编写一个简单的示例,来看看这些手段是怎么工作的。
本节主要的内容是:
- 使用信号量
驱动设计
本节我们基于之前的scull设备进行驱动设计,新的驱动设备命名为scull_lock,主要实现以下功能:
- 初始状态下,节点可用的资源数为0,此时如果读取节点,线程会进入等待状态;
- 当往节点中写入数据时,会使得节点的资源数增加1,如果有线程在等待资源,则唤醒该线程;
- 当资源数不为0时,此时读取节点能够返回当前节点中存储的数据。
代码分析
本节基于scull设备来学习信号量示例,因此,拷贝了一份scull设备的源码,命名为scull_lock,并修改了文件中的设备名称和结构体名称。
下面只对部分与信号量相关的代码进行说明,完整源码请看:
https://gitee.com/Quehehe/LinuxDeviceDriver
在头文件中,新增代码如下:
......
#include <linux/semaphore.h>
......
struct scull_lock_dev {
......
struct semaphore data_sem;
};
添加了信号量相关的头文件,同时在设备变量中添加了一个data_sem信号量变量。
在读写和初始化中,新增如下代码:
ssize_t scull_read (struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *loff)
{
......
ret = down_interruptible(&dev->data_sem); /* 等待信号量 */
if (ret != 0) { /* 获取信号量的结果不为0,说明等待被中断,读取失败 */
printk(KERN_ALERT "down semaphore failed!\n");
return 0;
}
......
}
ssize_t scull_write (struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *loff)
{
......
up(&dev->data_sem); /* 释放信号量,即表示数据准备好 */
return size;
}
static int scull_init(void)
{
......
sema_init(&scull_lock_dev.data_sem, 0); /* 初始化信号量的值为0 */
......
}
其功能都在后面的注释中有标明,主要是初始化信号量为0,写入节点数据时,会使得信号量加1,读取节点时,会使得信号量减1,如果读取不到数据时,会等待。
需要注意的是,这边的获取信号量我们使用down_interruptible(),也建议大家使用这个函数,因为这个函数获取过程能够被打断,如果直接使用down()函数,将产生一个不可中断的线程。
除此之外,还要一个脚本文件:cat_scull_lock.sh,其内容如下:
#!/bin/bash
chmod 777 /dev/scull_lock0
if (($? != 0)); then
echo "please insmod /dev/scull_lock0"
exit
fi
while ((1))
do
cat /dev/scull_lock0
done
其作用是修改节新增节点的权限为777,然后不断去读取这个节点。
这种情况下,由于没有写入节点,因此,执行该脚本的线程会等待,当写入节点时,该脚本线程会继续执行,读取节点数据并打印出来。即每次往节点中写入数据后,该线程就会打印出写入的数据,然后继续等待下一次输入。
运行结果查看
上面分析了脚本的运行结果,接下来看看实际运行情况是否与我们之前分析的是一样的。
编译得到scull_lock.ko文件,然后加载该模块到系统中,加载成功后如下图所示:
之后使用下面命令运行cat_scull_lock.sh脚本:
sudo ./cat_scull_lock.sh
运行结果如下图所示:
可以看到光标在闪烁,而没有返回,说明线程未结束,处于等待状态。
此时我们通过echo往scull_lock节点中写入数据,看看会是什么情况。
可以看到,往节点中写入数据后,脚本线程立刻打印出来刚刚写入的数据。我们不断写入数据,脚本线程就会不断打印写入的数据,如下图所示:
图片中,左边部分是在不断写入数据,右边部分是脚本线程打印的结果。
因此符合我们的预期。
至此完成了信号量的示例。
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