深入淺出Linux裝置驅動之併發控制

在驅動程式中，當多個執行緒同時訪問相同的資源時（驅動程式中的全域性變數是一種典型的共享資源），可能會引發"競態"，因此我們必須對共享資源進行併發控制。linux核心中解決併發控制的最常用方法是自旋鎖與訊號量（絕大多數時候作為互斥鎖使用）。

自旋鎖與訊號量"類似而不類"，類似說的是它們功能上的相似性，"不類"指代它們在本質和實現機理上完全不一樣，不屬於一類。

自旋鎖不會引起呼叫者睡眠，如果自旋鎖已經被別的執行單元保持，呼叫者就一直迴圈檢視是否該自旋鎖的保持者已經釋放了鎖，"自旋"就是"在原地打轉"。而訊號量則引起呼叫者睡眠，它把程序從執行佇列上拖出去，除非獲得鎖。這就是它們的"不類"。

但是，無論是訊號量，還是自旋鎖，在任何時刻，最多只能有乙個保持者，即在任何時刻最多只能有乙個執行單元獲得鎖。這就是它們的"類似"。

鑑於自旋鎖與訊號量的上述特點，一般而言，自旋鎖適合於保持時間非常短的情況，它可以在任何上下文使用；訊號量適合於保持時間較長的情況，會只能在程序上下文使用。如果被保護的共享資源只在程序上下文訪問，則可以以訊號量來保護該共享資源，如果對共享資源的訪問時間非常短，自旋鎖也是好的選擇。但是，如果被保護的共享資源需要在中斷上下文訪問（包括底半部即中斷處理控制代碼和頂半部即軟中斷），就必須使用自旋鎖。

與訊號量相關的api主要有：

定義訊號量

struct semaphore sem;

初始化訊號量

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

該函式初始化訊號量，並設定訊號量sem的值為val

void init_mutex (struct semaphore *sem);

該函式用於初始化乙個互斥鎖，即它把訊號量sem的值設定為1，等同於sema_init (struct semaphore *sem, 1)；

void init_mutex_locked (struct semaphore *sem);

該函式也用於初始化乙個互斥鎖，但它把訊號量sem的值設定為0，等同於sema_init (struct semaphore *sem, 0)；

獲得訊號量

void down(struct semaphore * sem);

該函式用於獲得訊號量sem，它會導致睡眠，因此不能在中斷上下文使用；

int down_interruptible(struct semaphore * sem);

該函式功能與down類似，不同之處為，down不能被訊號打斷，但down_interruptible能被訊號打斷；

int down_trylock(struct semaphore * sem);

該函式嘗試獲得訊號量sem，如果能夠立刻獲得，它就獲得該訊號量並返回0，否則，返回非0值。它不會導致呼叫者睡眠，可以在中斷上下文使用。

釋放訊號量

void up(struct semaphore * sem);

spinlock_t spin;

初始化自旋鎖

spin_lock_init(lock)

該巨集用於動態初始化自旋鎖lock

獲得自旋鎖

spin_lock(lock)

該巨集用於獲得自旋鎖lock，如果能夠立即獲得鎖，它就馬上返回，否則，它將自旋在那裡，直到該自旋鎖的保持者釋放；

spin_trylock(lock)

該巨集嘗試獲得自旋鎖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"；

釋放自旋鎖

spin_unlock(lock)

該巨集釋放自旋鎖lock，它與spin_trylock或spin_lock配對使用；

除此之外，還有一組自旋鎖使用於中斷情況下的api。

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