linux內(nèi)核中對信號量的DOWN操作方式

DOWN操作：linux內(nèi)核中，對信號量的DOWN操作有如下幾種：

void down(struct semaphore *sem); //不可中斷
int down_interruptible(struct semaphore *sem);//可中斷
int down_killable(struct semaphore *sem);//睡眠的進(jìn)程可以因為受到致命信號而被喚醒，中斷獲取信號量的操作。
int down_trylock(struct semaphore *sem);//試圖獲取信號量，若無法獲得則直接返回1而不睡眠。返回0則 表示獲取到了信號量
int down_timeout(struct semaphore *sem,long jiffies);//表示睡眠時間是有限制的，如果在jiffies指明的時間到期時仍然無法獲得信號量，則將返回錯誤碼。

在以上四種函數(shù)中，驅(qū)動程序使用的最頻繁的就是down_interruptible函數(shù)，以下將對該函數(shù)進(jìn)行分析。

down_interruptible函數(shù)的定義如下：

int down_interruptible(struct semaphore *sem)
{
       unsigned long flags;
       int result = 0;
       spin_lock_irqsave(&sem->lock,flags);
       if (likely(sem->count> 0))
              sem->count--;
       else
              result =__down_interruptible(sem);
       spin_unlock_irqrestore(&sem->lock,flags);
       return result;
}

函數(shù)分析：函數(shù)首先通過spin_lock_irqsave的調(diào)用來保證對sem->count操作的原子性。如果count>0，表示當(dāng)前進(jìn)程可以獲得信號量，將count的值減1然后退出。如果count不大于0，表明當(dāng)前進(jìn)程無法獲取信號量,則調(diào)用__down_interruptible，后者會繼續(xù)調(diào)用__down_common。

__down_common 函數(shù)定義如下：

static inline int __sched __down_common(struct semaphore *sem, longstate,
                                                        longtimeout)
{
       struct task_struct *task= current;
       struct semaphore_waiterwaiter;
       list_add_tail(&waiter.list,&sem->wait_list);
       waiter.task = task;
       waiter.up = 0; 
       for (;;) {
              if(signal_pending_state(state, task))
                     gotointerrupted;
              if (timeout <=0)
                     gototimed_out;
              __set_task_state(task,state);
              spin_unlock_irq(&sem->lock);
              timeout =schedule_timeout(timeout);
              spin_lock_irq(&sem->lock);
              if (waiter.up)
                     return 0;
       } 
 timed_out:
       list_del(&waiter.list);
       return -ETIME;
 interrupted:
       list_del(&waiter.list);
       return -EINTR;
}

函數(shù)分析：在__down_common函數(shù)數(shù)執(zhí)行了以下操作。

(1)將當(dāng)前進(jìn)程放到信號量成員變量wait_list所管理的隊列中。

(2)在一個for循環(huán)中把當(dāng)前的進(jìn)程狀態(tài)這是為TASK_INTERRUPTIBLE,在調(diào)用schedule_timeout使當(dāng)前進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)，函數(shù)將停留在schedule_timeout調(diào)用上，知道再次被調(diào)度執(zhí)行。

(3) 當(dāng)該進(jìn)程再一次被調(diào)度時，按原因執(zhí)行相應(yīng)的操作：如果waiter.up不為0說明進(jìn)程被該信號量的up操作所喚醒，進(jìn)程可以獲得信號量。如果進(jìn)程是因為被用戶空間的信號所中斷或超時信號所引起的喚醒，則返回相應(yīng)的錯誤代碼。

UP操作：LINUX內(nèi)核只提供了一個up函數(shù)

up函數(shù)定義如下：

void up(struct semaphore *sem)
{
       unsigned long flags;
 
       spin_lock_irqsave(&sem->lock,flags);
       if(likely(list_empty(&sem->wait_list)))
              sem->count++;
       else
              __up(sem);
       spin_unlock_irqrestore(&sem->lock,flags);
}

函數(shù)分析：如果sem的wait_list隊列為空，則表明沒有其他進(jìn)程正在等待該信號量，那么只需要把sem的count加1即可。如果wait_list隊列不為空，則說明有其他進(jìn)程正睡眠在wait_list上等待該信號，此時調(diào)用__up(sem)來喚醒進(jìn)程：

__up()函數(shù)定義如下：

static noinline void __sched __up(struct semaphore *sem)
{
       struct semaphore_waiter*waiter = list_first_entry(&sem->wait_list,
                                          structsemaphore_waiter, list);
       list_del(&waiter->list);
       waiter->up = 1;
       wake_up_process(waiter->task);
}

函數(shù)分析:在函數(shù)中，調(diào)用了wake_up_process來喚醒進(jìn)程，這樣進(jìn)程就從之前的__down_interruptible調(diào)用中的timeout=schedule_timeout(timeout)處醒來，wait-up=1, __down_interruptible返回0，進(jìn)程獲得了信號量。

up()與down()函數(shù)之間的聯(lián)系：由上面對兩個函數(shù)的分析可以知道，__down_common函數(shù)中timeout=schedule_timeout(timeout) 有著很重要的作用。