Linux设备驱动之semaphore机制
在Linux系统中，信号号是一种重要的加锁机制，特别在互斥型资源中，semaphore更能很好的工作。
1: semaphore结构体定义
在Linux2.6.35内核中，semaphore的实现机制与以前的版本一点不同，在其中去除了DECLARE_MUTEX_LOCKED这个初始化互斥宏定义，但是，又添加了一个特别重要的函数，down_killable，这个函数的添加，使此版本的semaphore机制比以往的更强。semaphore结构全定义如下所示。
C/C++ code?123456 struct semaphore { spinlock_t lock; /* 自旋锁结构体变量 */ unsigned int count; /* 用于计录资料数量 */ struct list_head wait_list; /* 内部链表结构体变量 */};
从此结构体中可以看从，semaphore机制也就是自旋锁的包装，在后面的分析中，读者将会明白我为什么会这样说。
2: semaphore提供的操作函数
在semaphore机制中，系统给我们提供也几个函数用于操作，正因为内核给
我们提供了这些函数接口，我们才能应用其来更好的完成我们对互斥型资料的加锁，使其能准确无误的在SMP或者多线程中应用。semaphore提供接口函数如下所示。
DECLARE_MUTEX
init_MUTEX
init_MUTEX_LOCKED
down
down_interruptible
down_killable
down_trylock
down_timeout
up
3 DECLARE_MUTEX接口分析
DECLARE_MUTEX接口为一个宏定义，此定义调用另一个宏定义来完成对
互斥型信号量进行初始化，其原型如下。
C/C++ code?123 #define DECLARE_MUTEX(name) \ struct semaphore name = __SEMAPHORE_INITIALIZER(name, 1)
此宏用于初始化一个名为name的信号量，并把其资料数初始化为1。其中name为信号的名字，name为符合系统的标号，且不需提前定义。比如我们想定义一个名为my_semaphore的互斥型信号量，并把它初始化为1，我们将应用这个接口来实现，实现代码如下。
C/C++ code?1 DECLARE_MUTEX(my_semaphore);
从DECLARE_MUTEX宏义看出，此宏是通过调用另一个宏来实现的，此宏定义实现如下。
C/C++ code?1234567 #define __SEMAPHORE_INITIALIZER(name, n) \ { \ .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED((name).lock), \ .count = n, \ .wait_list = LIST_HEAD_INIT((name).wait_list), \ }
4 init_MUTEX接口分析
init_MUTEX接口用于动态初始化一个信号量，此接口也是一个宏定义，通
过调用sema_init函数来完成，此宏定义原型如下。
C/C++ code?12 #define init_MUTEX(sem) sema_init(sem, 1)
其中sem为struct semaphore结构体变量，所以，在应用此宏来初始化一个信号前，必须定义一个struct semaphore结构体变量。此宏初始化一个名为sem的信号量，并把其资料初始化为1。
在此宏中我们看到，宏定义是通过调用sema_init函数来完成初始化的，所可，可以这样说，真正初始化sem信号量的应该是sema_init函数。为了读者方便查看，所以在此把sema_init函数的实现过程列出，关于此函数请读者自行查看\include\linux\semaphore.h文件，这样读者对semaphore的理解更加深入。sema_init函数实现如下。
C/C++ code?1234567 static inline void sema_init(struct semaphore *sem, int val) { static struct lock_class_key __key; *sem = (struct semaphore) __SEMAPHORE_INITIALIZER(*sem, val); lockdep_init_map(&sem->lock.dep_map, "semaphore->lock", &__key, 0); }
5 init_MUTEX_LOCKED接口分析
init_MUTEX_LOCKED接口的实现与init_MUTEX接口的实现过程是一样的，
只是此接口把资源数初始化为0。所以在此不再进行分析，其实现如下。
C/C++ code?1 #define init_MUTEX_LOCKED(sem) sema_init(sem, 0)
6 __down_common函数分析
在进行分析互斥信号量相关操作之前，进行分析一个特别重要的函数，因为
这个函数非常重要，semaphore的加锁操作都是基于这个函数实现的，所以，在分析它们之前进行分析这个函数，读者更加能看懂semaphore的实现过程。此函数的原型如下。
C/C++ code?12 static inline int __sched __down_common(struct semaphore *sem, long state, long timeout)
在此函数中应用到的task_struct相关的知识，对于task_struct的知识在这个函数本人不进行分析，同时也不进行说明，因为task_struct机制是一个复杂的机制，不是三言两语就能分析的。在此函数中同样应用自旋锁的知识，关于自旋锁的知识本人将会在自旋锁机制相关的文章进行分析，在此文章中就不进行分析。本函数中一个重要的是超时调度，这一调度的实现如下。由于应用自旋锁加以保护，所以，超时调试过程有可中断，也不可中断，这就要看传入的state是允许中断还是不允许中断。超时调度实现过程如下。
C/C++ code?1 timeout = schedule_timeout(timeout);
7 down接口分析
down接口用于请求一个信号量。此函数的调用将会到致调用线程的睡眠，
直到获取到信号。同时，该函数的调用不允许中断。