字符設備驅動程序之同步互斥阻塞
目的：在同一時刻，只有一個應用程序打開/dev/buttons
驅動程序：
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/hardware.h>
#include <linux/poll.h>
static struct class *sixthdrv_class;
static struct class_device *sixthdrv_class_dev;
volatile unsigned long *gpfcon;
volatile unsigned long *gpfdat;
volatile unsigned long *gpgcon;
volatile unsigned long *gpgdat;
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);
/* 中斷事件標誌, 中斷服務程序將它置1，sixth_drv_read將它清0 */
static volatile int ev_press = 0;
static struct fasync_struct *button_async;
struct pin_desc{
unsigned int pin;
unsigned int key_val;
};
/* 鍵值: 按下時, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04 */
/* 鍵值: 松開時, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84 */
static unsigned char key_val;
struct pin_desc pins_desc[4] = {
{S3C2410_GPF0, 0x01},
{S3C2410_GPF2, 0x02},
{S3C2410_GPG3, 0x03},
{S3C2410_GPG11, 0x04},
};
//static atomic_t canopen = ATOMIC_INIT(1); //定義原子變量並初始化為1
static DECLARE_MUTEX(button_lock); //定義互斥鎖
/*
* 確定按鍵值
*/
static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)
{
struct pin_desc * pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;
unsigned int pinval;
pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);
if (pinval)
{
/* 松開 */
key_val = 0x80 | pindesc->key_val;
}
else
{
/* 按下 */
key_val = pindesc->key_val;
}
ev_press = 1; /* 表示中斷發生了 */
wake_up_interruptible(&button_waitq); /* 喚醒休眠的進程 */
kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN);
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
#if 0
if(--canopen !=0)//開始時，canopen的值為1，--canopen=0，此時表明沒有應用程序將其打開。
{
canopen++;
return -EBUSY;
}
#endif
#if 0
if (!atomic_dec_and_test(&canopen))
{
atomic_inc(&canopen);
return -EBUSY;
}
#endif
if (file->f_flags & O_NONBLOCK)
{
if (down_trylock(&button_lock))
return -EBUSY;
}
else
{
/* 獲取信號量 */
down(&button_lock);
}
/* 配置GPF0,2為輸入引腳 */
/* 配置GPG3,11為輸入引腳 */
request_irq(IRQ_EINT0, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S2", &pins_desc[0]);
request_irq(IRQ_EINT2, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S3", &pins_desc[1]);
request_irq(IRQ_EINT11, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S4", &pins_desc[2]);
request_irq(IRQ_EINT19, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S5", &pins_desc[3]);
return 0;
}
ssize_t sixth_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
if (size != 1)
return -EINVAL;
if (file->f_flags & O_NONBLOCK)
{
if (!ev_press)
return -EAGAIN;
}
else
{
/* 如果沒有按鍵動作, 休眠 */
wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);
}
/* 如果有按鍵動作, 返回鍵值 */
copy_to_user(buf, &key_val, 1);
ev_press = 0;
return 1;
}
int sixth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
//canopen++;
//atomic_inc(&canopen);
free_irq(IRQ_EINT0, &pins_desc[0]);
free_irq(IRQ_EINT2, &pins_desc[1]);
free_irq(IRQ_EINT11, &pins_desc[2]);
free_irq(IRQ_EINT19, &pins_desc[3]);
up(&button_lock);
return 0;
}
static unsigned sixth_drv_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{
unsigned int mask = 0;
poll_wait(file, &button_waitq, wait); // 不會立即休眠
if (ev_press)
mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
return mask;
}
static int sixth_drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on)
{
printk("driver: sixth_drv_fasync\n");
return fasync_helper (fd, filp, on, &button_async);
}
static struct file_operations sencod_drv_fops = {
.owner = THIS_MODULE, /* 這是一個宏，推向編譯模塊時自動創建的__this_module變量 */
.open = sixth_drv_open,
.read = sixth_drv_read,
.release = sixth_drv_close,
.poll = sixth_drv_poll,
.fasync = sixth_drv_fasync,
};
int major;
static int sixth_drv_init(void)
{
major = register_chrdev(0, "sixth_drv", &sencod_drv_fops);
sixthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "sixth_drv");
sixthdrv_class_dev = class_device_create(sixthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons"); /* /dev/buttons */
gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16);
gpfdat = gpfcon + 1;
gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16);
gpgdat = gpgcon + 1;
return 0;
}
static void sixth_drv_exit(void)
{
unregister_chrdev(major, "sixth_drv");
class_device_unregister(sixthdrv_class_dev);
class_destroy(sixthdrv_class);
iounmap(gpfcon);
iounmap(gpgcon);
return 0;
}
module_init(sixth_drv_init);
module_exit(sixth_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
附圖
圖1，這個圖描述了應用程序A先執行，然後應用程序B執行的過程。程序A能成功的打開，而程序B則不行。實現了在同一時刻，只有一個應用程序打開/dev/buttons的目標。但這是比較理想的情況。
因為linux是個多任務的操作系統，當程序A執行到，讀取那一步(即a)時，程序B突然就來了，然後成功的打開了/dev/button.。然後再去執行程序A中的b，c步。也成功的打開了/dev/button。雖然這種情況發生的概率並不高，但是你不能否定這種可能的存在。這是程序的漏洞，如何去解決呢？先分析問題產生的原因：
程序A中的--canopen這個操作並不能再很短的時間內完成，在執行a，b，c這幾步時，很可能被打斷。這個過程不是一個原子的操作，中間的過程可能被打斷，被切換出去。
1. 原子操作
原子操作指的是在執行過程中不會被別的代碼路徑所中斷的操作。
常用原子操作函數舉例：
atomic_t v = ATOMIC_INIT(0); //定義原子變量v並初始化為0
atomic_read(atomic_t *v); //返回原子變量的值
void atomic_inc(atomic_t *v); //原子變量增加1
void atomic_dec(atomic_t *v); //原子變量減少1
int atomic_dec_and_test(atomic_t *v); //自減操作後測試其是否為0，為0則返回true，否則返回false。
2. 信號量
信號量（semaphore）是用於保護臨界區的一種常用方法，只有得到信號量的進程才能執行臨界區代碼。
當獲取不到信號量時，進程進入休眠等待狀態。
定義信號量
struct semaphore sem;
初始化信號量
void sema_init (struct semaphore *sem, int val);
void init_MUTEX(struct semaphore *sem);//初始化為0
static DECLARE_MUTEX(button_lock); //定義互斥鎖
獲得信號量
void down(struct semaphore * sem);
int down_interruptible(struct semaphore * sem);
int down_trylock(struct semaphore * sem);
釋放信號量
void up(struct semaphore * sem);
3. 阻塞
阻塞操作
是指在執行設備操作時若不能獲得資源則掛起進程，直到滿足可操作的條件後再進行操作。
被掛起的進程進入休眠狀態，被從調度器的運行隊列移走，直到等待的條件被滿足。
非阻塞操作
進程在不能進行設備操作時並不掛起，它或者放棄，或者不停地查詢，直至可以進行操作為止。
fd = open("...", O_RDWR | O_NONBLOCK);
字符設備驅動程序之同步互斥阻塞