三信号量(semaphore)

Posted Jarry_le

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了三信号量(semaphore)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

  Linux 内核的信号量在概念和原理上与用户态的System V的IPC机制信号量是一样的,但是它绝不可能在内核之外使用,因此它与System V的IPC机制信号量毫不相干。

  信号量在创建时需要设置一个初始值,表示同时可以有几个任务可以访问该信号量保护的共享资源,初始值为1就变成互斥锁(Mutex),即同时只能有一个任务可以访问信号量保护的共享资源。

  一个任务要想访问共享资源,首先必须得到信号量,获取信号量的操作将把信号量的值减1,若当前信号量的值为负数,表明无法获得信号量,该任务必须挂起在该信号量的等待队列等待该信号量可用;若当前信号量的值为非负数,表示可以获得信号量,因而可以立刻访问被该信号量保护的共享资源。

  当任务访问完被信号量保护的共享资源后,必须释放信号量,释放信号量通过把信号量的值加1实现,如果信号量的值为非正数,表明有任务等待当前信号量,因此它也唤醒所有等待该信号量的任务。

  信号量的API有:

DECLARE_MUTEX(name)

  该宏声明一个信号量name并初始化它的值为0,即声明一个互斥锁。

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。

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

  该函用于数初始化设置信号量的初值,它设置信号量sem的值为val。

void init_MUTEX (struct semaphore *sem);

  该函数用于初始化一个互斥锁,即它把信号量sem的值设置为1。

void 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。

void 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softirq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。

int 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,因此该函数有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。

int 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。

void 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。 

  信号量在绝大部分情况下作为互斥锁使用,下面以console驱动系统为例说明信号量的使用。 

  在内核源码树的kernel/printk.c中,使用宏DECLARE_MUTEX声明了一个互斥锁console_sem,它用于保护console驱动列表console_drivers以及同步对整个console驱动系统的访问。 

  其中定义了函数acquire_console_sem来获得互斥锁console_sem,定义了release_console_sem来释放互斥锁console_sem,定义了函数try_acquire_console_sem来尽力得到互斥锁console_sem。这三个函数实际上是分别对函数down,up和down_trylock的简单包装。 

  需要访问console_drivers驱动列表时就需要使用acquire_console_sem来保护console_drivers列表,当访问完该列表后,就调用release_console_sem释放信号量console_sem。 

  函数console_unblank,console_device,console_stop,console_start,register_console和unregister_console都需要访问console_drivers,因此它们都使用函数对acquire_console_sem和release_console_sem来对console_drivers进行保护。

以上是关于三信号量(semaphore)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

Python 线程信号量 semaphore

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