linux 互斥锁

news2024/11/24 9:54:17

首先是概念

互斥锁是可以休眠的。

所以不能在中断中使用,

在中断中只能使用 自旋锁。

然后是 函数:

然后是 open 如果以 NONBLOCK 打开, 遇到 互斥锁怎么办?

总结一下:

  1 open()  函数的 阻塞与不阻塞的标志, 还是要看驱动怎么处理。

2 如果 open 是非阻塞打开的,但是 驱动中 的open 函数, 是 mutex_lock() 那么依然是 阻塞的。

3 驱动中可以 依据 应用的 阻塞与非阻塞的关键字 进行 区别处理。      

然后是一个应用的举例。

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/delay.h>

static DEFINE_MUTEX(my_mutex);  // 定义互斥体
static int shared_resource = 0;  // 共享资源

// 修改共享资源的函数
static void modify_shared_resource(void)
{
    mutex_lock(&my_mutex);  // 获取互斥体

    // 临界区:对共享资源进行修改
    printk(KERN_INFO "Modifying shared resource\n");
    shared_resource++;
    printk(KERN_INFO "Shared resource value: %d\n", shared_resource);

    // 模拟一些耗时操作
    mdelay(100);  // 100 毫秒的延迟

    mutex_unlock(&my_mutex);  // 释放互斥体
}

static int __init mutex_example_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "Mutex example module loaded\n");

    // 模拟多个线程对共享资源的访问
    modify_shared_resource();
    modify_shared_resource();

    return 0;
}

static void __exit mutex_example_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Mutex example module unloaded\n");
}

module_init(mutex_example_init);
module_exit(mutex_example_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Example Author");
MODULE_DESCRIPTION("A simple example of mutex usage in Linux kernel");

然后是应用层的 Mutex 与 驱动的mutex 的区别。

我在网上见到一个这个函数,

pthread_mutex_lock(&mutex);

那么与驱动的 mutex有什么区别呢?

总结: 就是一个是 posix 的,一个是内核提供的,感觉没有什么区别。

然后是 互斥锁的分析。

直接抄过来 AI解释。

// 定义一个静态内联函数,用于获取互斥锁,包含复杂的参数  
static __always_inline int __sched  
__mutex_lock_common(struct mutex *lock, long state, unsigned int subclass,  
		    struct lockdep_map *nest_lock, unsigned long ip,  
		    struct ww_acquire_ctx *ww_ctx, const bool use_ww_ctx)  
{  
	// 定义一个互斥锁等待者结构体  
	struct mutex_waiter waiter;  
	bool first = false; // 标记当前等待者是否是等待队列中的第一个  
	struct ww_mutex *ww; // 指向ww_mutex的指针  
	int ret; // 函数返回值  
   
	// 表明该函数可能会睡眠(即可能会阻塞)  
	might_sleep();  
   
	// 将lock指针转换为ww_mutex指针  
	ww = container_of(lock, struct ww_mutex, base);  
	// 如果使用ww_ctx且ww_ctx非空  
	if (use_ww_ctx && ww_ctx) {  
		// 如果ww_ctx与ww的当前上下文相同,则直接返回-EALREADY  
		if (unlikely(ww_ctx == READ_ONCE(ww->ctx)))  
			return -EALREADY;  
   
		// 如果ww_ctx没有获取任何锁,则重置其wounded标志  
		if (ww_ctx->acquired == 0)  
			ww_ctx->wounded = 0;  
	}  
   
	// 禁用抢占  
	preempt_disable();  
	// 记录锁依赖关系  
	mutex_acquire_nest(&lock->dep_map, subclass, 0, nest_lock, ip);  
   
	// 尝试快速获取锁或乐观自旋获取锁  
	if (__mutex_trylock(lock) ||  
	    mutex_optimistic_spin(lock, ww_ctx, use_ww_ctx, NULL)) {  
		// 成功获取锁  
		lock_acquired(&lock->dep_map, ip);  
		if (use_ww_ctx && ww_ctx)  
			ww_mutex_set_context_fastpath(ww, ww_ctx);  
		preempt_enable(); // 重新启用抢占  
		return 0;  
	}  
   
	// 获取锁的等待锁  
	spin_lock(&lock->wait_lock);  
	// 再次尝试获取锁  
	if (__mutex_trylock(lock)) {  
		if (use_ww_ctx && ww_ctx)  
			__ww_mutex_check_waiters(lock, ww_ctx);  
		goto skip_wait; // 跳转到跳过等待的代码段  
	}  
   
	// 调试信息记录  
	debug_mutex_lock_common(lock, &waiter);  
   
	// 记录锁竞争情况  
	lock_contended(&lock->dep_map, ip);  
   
	// 根据是否使用ww_ctx,将等待者添加到等待队列的不同位置  
	if (!use_ww_ctx) {  
		__mutex_add_waiter(lock, &waiter, &lock->wait_list);  
#ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES  
		waiter.ww_ctx = MUTEX_POISON_WW_CTX; // 调试用,标记ww_ctx为无效  
#endif  
	} else {  
		ret = __ww_mutex_add_waiter(&waiter, lock, ww_ctx);  
		if (ret)  
			goto err_early_kill; // 如果添加失败,则跳转到错误处理  
		waiter.ww_ctx = ww_ctx; // 设置等待者的ww_ctx  
	}  
   
	waiter.task = current; // 设置等待者的任务为当前任务  
   
	// 设置当前任务的状态为指定的state(通常是TASK_INTERRUPTIBLE或TASK_UNINTERRUPTIBLE)  
	set_current_state(state);  
	for (;;) { // 无限循环,直到成功获取锁或发生错误  
		if (__mutex_trylock(lock))  
			goto acquired; // 成功获取锁,跳转到获取锁后的处理代码  
   
		// 检查当前任务是否有待处理的信号  
		if (unlikely(signal_pending_state(state, current))) {  
			ret = -EINTR; // 如果有信号,则返回-EINTR  
			goto err; // 跳转到错误处理  
		}  
   
		if (use_ww_ctx && ww_ctx) {  
			ret = __ww_mutex_check_kill(lock, &waiter, ww_ctx);  
			if (ret)  
				goto err; // 如果需要被杀掉,则跳转到错误处理  
		}  
   
		// 释放等待锁,让出CPU  
		spin_unlock(&lock->wait_lock);  
		schedule_preempt_disabled();  
   
		// 如果是ww_mutex或第一次检查,则更新first标志,并可能设置MUTEX_FLAG_HANDOFF标志  
		if ((use_ww_ctx && ww_ctx) || !first) {  
			first = __mutex_waiter_is_first(lock, &waiter);  
			if (first)  
				__mutex_set_flag(lock, MUTEX_FLAG_HANDOFF);  
		}  
   
		// 重新设置任务状态,并尝试再次获取锁或自旋等待  
		set_current_state(state);  
		if (__mutex_trylock(lock) ||  
		    (first && mutex_optimistic_spin(lock, ww_ctx, use_ww_ctx, &waiter)))  
			break; // 如果成功获取锁,则跳出循环  
   
		// 获取等待锁,准备下一次循环  
		spin_lock(&lock->wait_lock);  
	}  
	spin_lock(&lock->wait_lock); // 确保在修改锁状态前持有等待锁  
acquired:  
	__set_current_state(TASK_RUNNING); // 设置任务状态为运行  
   
	if (use_ww_ctx && ww_ctx) {  
		// 如果是ww_mutex且不是第一个等待者,则检查等待队列中的其他等待者  
		if (!ww_ctx->is_wait_die &&  
		    !__mutex_waiter_is_first(lock, &waiter))  
			__ww_mutex_check_waiters(lock, ww_ctx);  
	}  
   
	// 从等待队列中移除等待者,并清理相关状态  
	mutex_remove_waiter(lock, &waiter, current);  
	if (likely(list_empty(&lock->wait_list)))  
		__mutex_clear_flag(lock, MUTEX_FLAGS);  
   
	debug_mutex_free_waiter(&waiter); // 释放等待者相关的调试信息  
   
skip_wait:  
	// 记录锁获取成功  
	lock_acquired(&lock->dep_map, ip);  
   
	if (use_ww_ctx && ww_ctx)  
		ww_mutex_lock_acquired(ww, ww_ctx); // 如果是ww_mutex,则记录锁获取成功  
   
	spin_unlock(&lock->wait_lock); // 释放等待锁  
	preempt_enable(); // 重新启用抢占  
	return 0; // 成功获取锁  
   
err:  
	__set_current_state(TASK_RUNNING); // 设置任务状态为运行  
	mutex_remove_waiter(lock, &waiter, current); // 从等待队列中移除等待者  
err_early_kill:  
	spin_unlock(&lock->wait_lock); // 释放等待锁  
	debug_mutex_free_waiter(&waiter); // 释放等待者相关的调试信息  
	mutex_release(&lock->dep_map, 1, ip); // 记录锁释放  
	preempt_enable(); // 重新启用抢占  
	return ret; // 返回错误码  
}

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