Linux內核同步機制之信號量與鎖

Linux內核同步控制方法有很多，信號量、鎖、原子量、RCU等等，不同的實現方法應用於不同的環境來提高操作系統效率。首先，看看我們最熟悉的兩種機制——信號量、鎖。

一、信號量 

首先還是看看內核中是怎麼實現的，內核中用struct semaphore數據結構表示信號量（<linux/semphone.h>中）：

1. struct semaphore {  
2.     spinlock_t      lock;  
3.     unsigned int        count;  
4.     struct list_head    wait_list;  
5. };  

其中lock為自旋鎖，放到這裡是為了保護count的原子增減，無符號數count為我們競爭的信號量（PV操作的核心），wait_list為等待此信號量的進程鏈表。

初始化：

對於這一類工具類使用較多的機制，包括用於同步互斥的信號量、鎖、completion，用於進程等待的等待隊列、用於Per-CPU的變量等等，內核都提供了兩種初始化方法，靜態與動態方式。 

1)      靜態初始化，實現代碼如下：

1. #define __SEMAPHORE_INITIALIZER(name, n)                \   
2. {                                   \  
3.     .lock       = __SPIN_LOCK_UNLOCKED((name).lock),        \  
4.     .count      = n,                        \  
5.     .wait_list  = LIST_HEAD_INIT((name).wait_list),     \  
6. }  
7.   
8. #define DECLARE_MUTEX(name) \   
9.     struct semaphore name = __SEMAPHORE_INITIALIZER(name, 1)  

可以看到，這種初始化使我們在編程的時候直接用一條語句DECLARE_MUTEX(name);就可以完成申明與初始化，另一種下面要說的動態初始化方式申請與初始化分離。

2)      我們看到，靜態初始化時信號量的count值初始化為1，當我們需要初始化為0時需要用動態初始化方法。

1. #define init_MUTEX(sem)     sema_init(sem, 1)   
2. #define init_MUTEX_LOCKED(sem)  sema_init(sem, 0)   
3.   
4. static inline void sema_init(struct semaphore *sem, int val)  
5. {  
6.     static struct lock_class_key __key;  
7.     *sem = (struct semaphore) __SEMAPHORE_INITIALIZER(*sem, val);  
8.     lockdep_init_map(&sem->lock.dep_map, "semaphore->lock", &__key, 0);  
9. }