使用Linux互斥體實(shí)現(xiàn)互斥點(diǎn)燈

1. 互斥體介紹

互斥訪問是指一次只有一個(gè)線程可以訪問共享資源，不能遞歸申請(qǐng)互斥體。使用互斥體時(shí)要注意如下幾點(diǎn)：

• mutex可導(dǎo)致休眠，因此不能在中斷中使用
• mutex保護(hù)的臨界區(qū)可調(diào)用引起阻塞的API函數(shù)
• 必須由mutex的持有者釋放mutex，且不能遞歸上鎖和解鎖

Linux 內(nèi)核使用mutex結(jié)構(gòu)體表示互斥體，結(jié)構(gòu)體定義如下所示：

struct mutex {
    /* 1: unlocked, 0: locked, negative: locked, possible waiters */
    atomic_t count;
    spinlock_t wait_lock;
};

互斥體操作相關(guān)API函數(shù)如下圖示：

2. 互斥體實(shí)例

本實(shí)例中使用互斥體來實(shí)現(xiàn)對(duì)LED設(shè)備的互斥訪問，即一次只允許一個(gè)應(yīng)用程序使用LED燈，代碼是在pinctrl與gpio子系統(tǒng)下的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架一文基礎(chǔ)上完成的

2.1 修改設(shè)備樹文件

設(shè)備樹文件修改與pinctrl與gpio子系統(tǒng)下的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架文中的修改方法一樣，不需要做任何修改

2.2 編寫驅(qū)動(dòng)程序

拷貝pinctrl與gpio子系統(tǒng)下的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架文中的gpioled.c驅(qū)動(dòng)文件，并重命名為mutex.c，對(duì)部分代碼進(jìn)行修改，其余保持不變

在設(shè)備結(jié)構(gòu)體中，添加互斥體

struct gpioled_dev{
    dev_t devid;              //設(shè)備號(hào)
    struct cdev cdev;         //cdev字符設(shè)備
    struct class *class;      //類
    struct device *device;    //設(shè)備
    int major;                //主設(shè)備號(hào)
    int minor;                //次設(shè)備號(hào)
    struct device_node *nd;   //設(shè)備節(jié)點(diǎn)
    int led_gpio;             //所使用的gpio編號(hào)
    struct mutex lock;        //互斥體
};

struct gpioled_dev gpioled;   //定義led設(shè)備

打開設(shè)備時(shí)，獲取互斥體

static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp){
    filp->private_data = &gpioled; //設(shè)置私有數(shù)據(jù)

    if(mutex_lock_interruptible(&gpioled.lock)){
        return -ERESTARTSYS;       //進(jìn)入休眠后可被信號(hào)打斷
    } 
#if 0
    mutex_lock(&gpioled.lock);     //休眠后不能被信號(hào)打斷
#endif
    return 0;
}

關(guān)閉設(shè)備時(shí)，釋放互斥鎖

static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp){
    struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
    mutex_unlock(&dev->lock); //釋放互斥鎖
    return 0;
}

驅(qū)動(dòng)入口函數(shù)中，對(duì)互斥體進(jìn)行初始化

static int __init led_init(void){
    int ret = 0;
    /* 初始化互斥體 */
    mutex_init(&gpioled.lock);  
    /* 設(shè)置 LED 所使用的 GPIO */
    /* 1、獲取設(shè)備節(jié)點(diǎn)：gpioled */
    gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
    ......
    ......
}

2.3 編寫測(cè)試程序

拷貝pinctrl與gpio子系統(tǒng)下的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架文中的gpioledApp.c測(cè)試程序，并重命名為mutexApp.c，添加模擬占用LED的代碼，使測(cè)試程序在獲取LED驅(qū)動(dòng)使用權(quán)后會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，添加如下代碼

while(1){
    sleep(5);
    cnt++;
    printf("App running times: %d\\r\\n",cnt);
    if(cnt >= 5)
        break;
}

2.4 編譯測(cè)試

編譯驅(qū)動(dòng)程序：當(dāng)前目錄下創(chuàng)建Makefile文件，并使用make命令編譯

KERNELDIR := /home/andyxi/linux/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_andyxi
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := mutex.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

編譯測(cè)試程序：無需內(nèi)核參與，直接編譯即可

arm-linux-gnueabihf-gcc mutexApp.c -o mutexApp

運(yùn)行測(cè)試：?jiǎn)?dòng)開發(fā)板后，加載驅(qū)動(dòng)模塊，操作LED燈后，相應(yīng)時(shí)間內(nèi)再次操作LED時(shí)，第二個(gè)應(yīng)用程序會(huì)進(jìn)入休眠，等前面的應(yīng)用程序運(yùn)行完后，第二個(gè)應(yīng)用程序會(huì)接著運(yùn)行

depmod                       #第一次加載驅(qū)動(dòng)的時(shí)候需要運(yùn)行此命令
modprobe mutex.ko            #加載驅(qū)動(dòng)
# 打開LED后，每隔5秒會(huì)輸出一行App running times
./mutexApp /dev/gpioled 1&   # &表示在后臺(tái)運(yùn)行APP

#在LED被占用期間，再次操作LED，會(huì)因?yàn)楂@取互斥體失敗而進(jìn)入休眠狀態(tài)，
#等前一條命令運(yùn)行完并釋放互斥鎖后才能獲取LED使用權(quán)
./mutexApp /dev/gpioled 0