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linux驅動開發--字符設備：自旋鎖
自旋鎖的使用自旋鎖（spin lock）是一種對臨界資源進行互斥訪問的典型手段，其名稱來源於它的工作方式。為了獲得自旋鎖，在某cpu上運行的代碼需要先執行一個院子操作，該操作測試並設置某個內存變量，由於它是原子操作，所以在該操作完成之前其他執行單元不可能訪問這個內存變量。
如果測試結果表明鎖已經空閑，則程序獲得這個自旋鎖並繼續執行；如果測試結果表明鎖被占用，程序將在一個小循環內重複這個“測試並設置”操作，即金星所謂的“自旋”。當自旋鎖的持有者通過重置該變量釋放這個自旋鎖後，某個等待的“測試並設置”操作向其調用者報告鎖已釋放。
Linux係統中與自旋鎖相關的操作如下：
1、定義自旋鎖 spinlock_t spin;
2、初始化自旋鎖 spin_lock_init(lock);
3、獲得自旋鎖 spin_lock(lock);該宏用於獲得自旋鎖lock，如果能夠立即獲得鎖，它就馬上返回，否則，它將自旋在哪裏，直到該自旋鎖的保持者釋放。spin_trylock(lock);該宏嚐試獲得自旋鎖lock，如果能立即獲得鎖，它獲得鎖並返回真，否則立即返回假，實際上不再“在原地打轉”。
4、釋放鎖spin_unlock(lock);該宏釋放自旋鎖lock，它與spin_trylock或spin_lock配對使用。
自旋鎖的一般使用方式：
spinlock_t lock; spin_lock_init(&lock); spin_lock(&lock);//獲得自旋鎖，包含臨界區 ....//臨界區 spin_unlock(&lock);//解鎖
自旋鎖主要針對smp或單cpu但內核可搶占的情況，對於單cpu和內核不支持搶占的係統，自旋鎖退化為空操作。在單cpu和內核可搶占的係統中，自選鎖持有期間內核的搶占將被禁止。由於內核搶占的單cpu係統的行為實際很類似於smp係統，因此在這樣的單cpu係統中使用自旋鎖扔十分必要。
在使用自旋鎖中還要特別注意如下問題：
自旋鎖實際上是忙等鎖，當鎖不可用時，cpu一直循環執行“測試並設置”該鎖直到可用而取得該鎖，cpu在等待自旋鎖時不做任何有用的工作，僅僅是等待。因此隻有在占用鎖的事件極短的情況下，使用自旋鎖才是合理的。當臨界區很大或有共享設備的時候，需要較長事件占用鎖，使用自旋鎖會降低係統的性能。
自旋鎖可能導致係統死鎖。引發這個問題最常見的情況是遞歸使用一個自旋鎖，即如果一個已經擁有某個自旋鎖的cpu想第二次獲得這個自旋鎖，則該cpu將死鎖。此外，如果進程獲得自旋鎖後再阻塞，也可能導致死鎖的發生。copy_from_user()/copy_to_user()和kmalloc()等函數都有可能引起阻塞，因此自旋鎖的占用期間不能調用這些函數。
/**
*Copyright (c) 2013.TianYuan
*All rights reserved.
*
*文件名稱: char_device_driver11.c
*文件標識: 自旋鎖
*
*當前版本：1.0
*作者：wuyq
*
*取代版本：xxx
*原作者：xxx
*完成日期：2013-11-29
*/
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/slab.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/gpio.h>
#include <plat/gpio-cfg.h>
#include <linux/spinlock_types.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
#define CDD_MAJOR 200//cat /proc/devices找一個尚未使用的
#define CDD_MINOR 0
#define CDD_COUNT 1//一個cdev控製兩個led
dev_t dev = 0;
u32 cdd_major = 0;
u32 cdd_minor = 0;
struct class *dev_class = NULL;
#define BUF_SIZE 100
struct cdd_cdev{
struct cdev cdev;
struct device *dev_device;
u8 led;
char kbuf[BUF_SIZE];
u32 data_len;//記錄緩衝區中已經寫入數據的長度
//定義自旋鎖
spinlock_t lock;
int opentimes;//打開計數
};
struct cdd_cdev *cdd_cdevp = NULL;
unsigned long led_gpio_table[2] = {
S5PV210_GPC1(3),//數字
S5PV210_GPC1(4),
};
int cdd_open(struct inode* inode, struct file *filp)
{
struct cdd_cdev *pcdevp = NULL;
printk("enter cdd_open!\n");
pcdevp = container_of(inode->i_cdev, struct cdd_cdev, cdev);
printk("led = %d\n", pcdevp->led);
/*獲取自旋鎖*/
spin_lock(&pcdevp->lock);
if(!(--(pcdevp->opentimes) == 0)){
printk("cdev is already open!\n");
pcdevp->opentimes++;
spin_unlock(&pcdevp->lock);
return -EBUSY;
}
/*釋放鎖*/
spin_unlock(&pcdevp->lock);
filp->private_data = pcdevp;
return 0;
}
int cdd_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *offset)
{
int ret = 0;
u32 pos = *offset;
u32 cnt = count;
struct cdd_cdev *cdevp = filp->private_data;
//printk("enter cdd_read!\n");
if(cnt > (cdevp->data_len-pos) ){
cnt = cdevp->data_len - pos;
}
ret = copy_to_user(buf, cdevp->kbuf+pos, cnt);
//printk("kernel kbuf content:%s\n", cdevp->kbuf);
*offset += cnt;
return ret;
}
int cdd_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *offset)
{
int ret = 0;
struct cdd_cdev *cdevp = filp->private_data;
u32 pos = *offset;
u32 cnt = count;
//printk("enter cdd_write!\n");
if(cnt > (BUF_SIZE - pos) ){
cnt = BUF_SIZE - pos;
}
ret = copy_from_user(cdevp->kbuf+pos, buf, cnt);
*offset += cnt;
if(*offset > cdevp->data_len){
cdevp->data_len = *offset;
}
return ret;
}
int cdd_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long data)
{
//printk("enter cdd_ioctl!\n");
switch(cmd){
case 1://點亮燈
//設置管腳為輸出功能
//參數：1.要設置的管腳編號2.默認的輸出值 0低電平1高電平
gpio_direction_output(led_gpio_table[data], 0);
//禁止內部上拉
s3c_gpio_setpull(led_gpio_table[data], SEC_GPIO_PULL_NONE);
//設置輸出值
gpio_set_value(led_gpio_table[data], 1);
break;
case 0://熄滅燈
//設置管腳為輸出功能
//參數：1.要設置的管腳編號2.默認的輸出值 0低電平1高電平
gpio_direction_output(led_gpio_table[data], 0);
//禁止內部上拉
s3c_gpio_setpull(led_gpio_table[data], SEC_GPIO_PULL_NONE);
//設置輸出值
gpio_set_value(led_gpio_table[data], 0);
break;
default:
return -EINVAL;
}
return 0;
}
int cdd_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct cdd_cdev *pcdevp = filp->private_data;
printk("enter cdd_release!\n");
//加鎖
spin_lock(&pcdevp->lock);
pcdevp->opentimes++;
spin_unlock(&pcdevp->lock);
return 0;
}
loff_t cdd_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
{
struct cdd_cdev *pcdevp = filp->private_data;
loff_t newpos = 0;
switch(whence){
case SEEK_SET:
newpos = offset;
break;
case SEEK_CUR:
newpos = filp->f_pos + offset;
break;
case SEEK_END:
newpos = pcdevp->data_len + offset;
break;
default:
return -EINVAL;//無效的參數
}
if( newpos<0 || newpos>= BUF_SIZE ){
return -EINVAL;
}
filp->f_pos = newpos;
return newpos;
}
struct file_operations cdd_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = cdd_open,
.read = cdd_read,
.write = cdd_write,
.ioctl = cdd_ioctl,
.release = cdd_release,
.llseek = cdd_llseek,
};
int __init cdd_init(void)
{
int ret = 0;
int i = 0;
if(cdd_major){
dev = MKDEV(CDD_MAJOR, CDD_MINOR);//生成設備號
//注冊設備號;1、要注冊的起始設備號2、連續注冊的設備號個數3、名字
ret = register_chrdev_region(dev, CDD_COUNT, "cdd_demo");
}else{
// 動態分配設備號
ret = alloc_chrdev_region(&dev, cdd_minor, CDD_COUNT, "cdd_demo02");
}
if(ret < 0){
printk("register_chrdev_region failed!\n");
goto failure_register_chrdev;
}
//獲取主設備號
cdd_major = MAJOR(dev);
printk("cdd_major = %d\n", cdd_major);
cdd_cdevp = kzalloc(sizeof(struct cdd_cdev)*CDD_COUNT, GFP_KERNEL);
if(IS_ERR(cdd_cdevp)){
printk("kzalloc failed!\n");
goto failure_kzalloc;
}
/*創建設備類*/
dev_class = class_create(THIS_MODULE, "cdd_class");
if(IS_ERR(dev_class)){
printk("class_create failed!\n");
goto failure_dev_class;
}
for(i=0; i<CDD_COUNT; i++){
/*初始化cdev*/
cdev_init(&(cdd_cdevp[i].cdev), &cdd_fops);
/*添加cdev到內核*/
cdev_add(&(cdd_cdevp[i].cdev), dev+i, 1);
/* “/dev/xxx” */
device_create(dev_class, NULL, dev+i, NULL, "cdd%d", i);
cdd_cdevp[i].led = i;
//初始化自旋鎖
spin_lock_init(&(cdd_cdevp[i].lock));
cdd_cdevp[i].opentimes = 1;
}
return 0;
failure_dev_class:
kfree(cdd_cdevp);
failure_kzalloc:
unregister_chrdev_region(dev, CDD_COUNT);
failure_register_chrdev:
return ret;
}
void __exit cdd_exit(void)
{
/*逆序消除*/
int i = 0;
for(; i < CDD_COUNT; i++){
device_destroy(dev_class, dev+i);
cdev_del(&(cdd_cdevp[i].cdev));
//cdev_del(&((cdd_cdevp+i)->cdev));
}
class_destroy(dev_class);
kfree(cdd_cdevp);
unregister_chrdev_region(dev, CDD_COUNT);
}
module_init(cdd_init);
module_exit(cdd_exit);
/**
*Copyright (c) 2013.TianYuan
*All rights reserved.
*
*文件名稱: char_device_driver11_test.c
*文件標識: 測試程序：telnet 連接上板子，執行一次。 板子本身再執行一次
*
*當前版本：1.0
*作者：wuyq
*
*取代版本：xxx
*原作者：xxx
*完成日期：2013-11-29
*/
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
/*手工創建設備節點文件
mknod /dev/cdd c 248 0
*/
int fd = 0;
char rbuf[100];
char wbuf[100] = "nihao!\n";
int main()
{
char ch;
fd = open("/dev/led0", O_RDWR);
if(fd < 0){
printf("open failed!\n");
return -1;
}
printf("open successed fd = %d\n", fd);
while(1)
{
printf("starting to test /dev/cdd...\n");
ch = getchar();
getchar();//取走回車
if(ch == 'q'){
break;
}
switch(ch){
case 'r':
memset(rbuf, 0, 100);//清空
read(fd, rbuf, 3);
printf("user space from kernel: %s\n", rbuf);
break;
case 'w':
write(fd, wbuf, strlen(wbuf) );
break;
case 'o':
ioctl(fd, 0, 0);
break;
case 'O':
ioctl(fd, 1, 0);
break;
case 'p':
ioctl(fd, 0, 1);
break;
case 'P':
ioctl(fd, 1, 1);
break;
case 'l':
lseek(fd, 0, SEEK_SET);//移動的文件的開頭
break;
default:
break;
}
sleep(1);
}
close(fd);
return 0;
}
最後更新：2017-04-03 12:54:36