常用的處理并發和競爭的機制有四種，原子操作、自旋鎖、信號量和互斥體。下邊就通過編寫驅動來實現，展示一下相關效果。當前臺的應用一直運行，控制臺是不能輸入指令，測試并發與競爭最好是在后臺運行，而解決并非與競爭最直接的手段就是只允許一個應用去調用相關資源，這里為了好展示效果就通過任務運行來體現。下面的實驗使用了新字符驅動GPIO源碼，只需要復制一份即可使用。
|原子操作
驅動源碼
#include
應用源碼
#include"stdio.h"
#include"unistd.h"
#include"sys/types.h"
#include"sys/stat.h"
#include"fcntl.h"
#include"stdlib.h"
#include"string.h"
/*
*@description:main主程序
*@param-argc:argv數組元素個數
*@param-argv:具體參數
*@return:0成功;其他失敗
*/
intmain(intargc,char*argv[])
{
intfd,retvalue;
char*filename;
charwritebuf[100];
unsignedchardatabuf[1];
unsignedcharcnt=0;
if(argc!=3){
printf("[APP]ErrorUsage!
");
return-1;
}
filename=argv[1];
/*打開驅動文件*/
fd=open(filename,O_RDWR);
if(fd0){
printf("[APP]Can'topenfile%s
",filename);
return-1;
}
/*把第三個參數賦值給databuf*/
databuf[0]=atoi(argv[2]);
/*向設備驅動寫數據*/
memcpy(writebuf,databuf,sizeof(databuf));
retvalue=write(fd,writebuf,sizeof(databuf));
if(retvalue0){
printf("[APP]writefile%sfailed!
",filename);
}
/*模擬占用25SLED*/
while(1)
{
sleep(5);
cnt++;
printf("Apprunningtimes:%d
",cnt);
if(cnt>=5)break;
}
printf("Apprunningfinished!");
/*關閉設備*/
retvalue=close(fd);
if(retvalue0){
printf("[APP]Can'tclosefile%s
",filename);
return-1;
}
return0;
}
實驗現象
加了原子操作后，應用程序運行時，再次觸發是不能運行的，這就解決了在復雜環境下的并發和競爭的問題。注意不加“&”表示直接運行，控制臺不能輸入指令，加了“&”表示后臺運行，可以繼續輸入指令。
套路分析
1、先在結構體定義一個變量
/*chrdevbase設備結構體*/
structnewchr_dev{
......
atomic_tlock;/*原子變量*/
};
2、在驅動入口初始化原子變量
/*
*@description:驅動入口函數
*@param:無
*@return:0成功;其他失敗
*/
staticint__initchrdevbase_init(void)
{
/*初始化原子變量*/
atomic_set(&chrdevbase.lock,1);/*原子變量初始值為1*/
......
return0;
}
3、在打開設備時判斷原子變量
/*
*@description:打開設備
*@param-inode:傳遞給驅動的inode
*@param-filp:設備文件，file結構體有個叫做private_data的成員變量
*一般在open的時候將private_data指向設備結構體。
*@return:0成功;其他失敗
*/
staticintchrdevbase_open(structinode*inode,structfile*filp)
{
/*通過判斷原子變量的值來檢查LED有沒有被別的應用使用*/
if(!atomic_dec_and_test(&chrdevbase.lock))
{
atomic_inc(&chrdevbase.lock);/*小于0的話就加1,使其原子變量等于0*/
return-EBUSY;/*LED被使用，返回忙*/
}
......
return0;
}
4、在釋放設備時釋放原子變量
/*
*@description:關閉/釋放設備
*@param-filp:要關閉的設備文件(文件描述符)
*@return:0成功;其他失敗
*/
staticintchrdevbase_release(structinode*inode,structfile*filp)
{
structnewchr_dev*dev=filp->private_data;
/*關閉驅動文件的時候釋放原子變量*/
atomic_inc(&dev->lock);
......
return0;
}
| 自旋鎖
驅動源碼
#include
應用源碼
和原子操作應用源碼一樣，不需要修改！
實驗現象
套路分析
自旋鎖和RTOS中的臨界保護有點類似，套路分析如下：
1、在結構體加入自旋鎖變量和一個狀態變量
/*chrdevbase設備結構體*/
structnewchr_dev{
......
intdev_stats;/*設備狀態，0，設備未使用;>0,設備已經被使用*/
spinlock_tlock;/*自旋鎖*/
};
2、在驅動入口初始化自旋鎖
/*
*@description:驅動入口函數
*@param:無
*@return:0成功;其他失敗
*/
staticint__initchrdevbase_init(void)
{
/*初始化自旋鎖*/
spin_lock_init(&chrdevbase.lock);
......
return0;
}
3、在打開設備時判斷設備是否被使用
/*
*@description:打開設備
*@param-inode:傳遞給驅動的inode
*@param-filp:設備文件，file結構體有個叫做private_data的成員變量
*一般在open的時候將private_data指向設備結構體。
*@return:0成功;其他失敗
*/
staticintchrdevbase_open(structinode*inode,structfile*filp)
{
unsignedlongflags;
filp->private_data=&chrdevbase;/*設置私有數據*/
spin_lock_irqsave(&chrdevbase.lock,flags);/*上鎖*/
if(chrdevbase.dev_stats){/*如果設備被使用了*/
spin_unlock_irqrestore(&chrdevbase.lock,flags);/*解鎖*/
return-EBUSY;
}
chrdevbase.dev_stats++;/*如果設備沒有打開，那么就標記已經打開了*/
spin_unlock_irqrestore(&chrdevbase.lock,flags);/*解鎖*/
......
return0;
}
4、在釋放設備時對狀態變量自減
/*
*@description:關閉/釋放設備
*@param-filp:要關閉的設備文件(文件描述符)
*@return:0成功;其他失敗
*/
staticintchrdevbase_release(structinode*inode,structfile*filp)
{
unsignedlongflags;
structnewchr_dev*dev=filp->private_data;
/*關閉驅動文件的時候將dev_stats減1*/
spin_lock_irqsave(&dev->lock,flags);/*上鎖*/
if(dev->dev_stats){
dev->dev_stats--;
}
spin_unlock_irqrestore(&dev->lock,flags);/*解鎖*/
printk("[BSP]release!
");
return0;
}
| 信號量
驅動源碼
#include
應用源碼
和原子操作應用源碼一樣，不需要修改！
實驗現象
使用信號量不會出現設備打不開的問題，它會在任務結束后再次執行！
套路分析
1、在結構體加入信號量
/*chrdevbase設備結構體*/
structnewchr_dev{
......
structsemaphoresem;/*信號量*/
};
2、在驅動入口初始信號量
/*
*@description:驅動入口函數
*@param:無
*@return:0成功;其他失敗
*/
staticint__initchrdevbase_init(void)
{
/*初始化信號量*/
sema_init(&chrdevbase.sem,1);
......
return0;
3、在打開設備時獲取信號量
/*
*@description:打開設備
*@param-inode:傳遞給驅動的inode
*@param-filp:設備文件，file結構體有個叫做private_data的成員變量
*一般在open的時候將private_data指向設備結構體。
*@return:0成功;其他失敗
*/
staticintchrdevbase_open(structinode*inode,structfile*filp)
{
printk("[BSP]chrdevbaseopen!
");
filp->private_data=&chrdevbase;/*設置私有數據*/
/*獲取信號量,進入休眠狀態的進程可以被信號打斷*/
if(down_interruptible(&chrdevbase.sem)){
return-ERESTARTSYS;
}
#if0
down(&chrdevbase.sem);/*不能被信號打斷*/
#endif
return0;
}
4、在釋放設備時釋放信號量
/*
*@description:關閉/釋放設備
*@param-filp:要關閉的設備文件(文件描述符)
*@return:0成功;其他失敗
*/
staticintchrdevbase_release(structinode*inode,structfile*filp)
{
structnewchr_dev*dev=filp->private_data;
up(&dev->sem);/*釋放信號量，信號量值加1*/
printk("[BSP]release!
");
return0;
}
| 互斥體
驅動源碼
#include應用源碼
和原子操作應用源碼一樣，不需要修改！
實驗現象
互斥體和信號量的效果類似，也會在任務完成后再運行。
套路分析
1、在結構體加入互斥體
/*chrdevbase設備結構體*/
structnewchr_dev{
....
structmutexlock;/*互斥體*/
};
2、在驅動入口初始化互斥體
/*
*@description:驅動入口函數
*@param:無
*@return:0成功;其他失敗
*/
staticint__initchrdevbase_init(void)
{
/*初始化互斥體*/
mutex_init(&chrdevbase.lock);
......
return0;
}
3、在打開設備時獲取互斥體
/*
*@description:打開設備
*@param-inode:傳遞給驅動的inode
*@param-filp:設備文件，file結構體有個叫做private_data的成員變量
*一般在open的時候將private_data指向設備結構體。
*@return:0成功;其他失敗
*/
staticintchrdevbase_open(structinode*inode,structfile*filp)
{
printk("[BSP]chrdevbaseopen!
");
filp->private_data=&chrdevbase;/*設置私有數據*/
/*獲取互斥體,可以被信號打斷*/
if(mutex_lock_interruptible(&chrdevbase.lock)){
return-ERESTARTSYS;
}
#if0
mutex_lock(&chrdevbase.lock);/*不能被信號打斷*/
#endif
return0;
}
4、在釋放設備時釋放互斥體
/*
*@description:關閉/釋放設備
*@param-filp:要關閉的設備文件(文件描述符)
*@return:0成功;其他失敗
*/
staticintchrdevbase_release(structinode*inode,structfile*filp)
{
structnewchr_dev*dev=filp->private_data;
/*釋放互斥鎖*/
mutex_unlock(&dev->lock);
printk("[BSP]release!
");
return0;
}
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原文標題：i.MX6ULL|并發與競爭實驗
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