文章目录

• 信号量概念
• • 概念
  • 信号的工作方式
  • 信号量的描述
  • 信号量的API函数
  • 信号量的注意事项
• 写代码
• • 简单实现：信号量实现驱动只能被一个程序调用
  • 完成代码

信号量概念

概念

两个特点：

• 信号量会引起调用者的休眠
• 在持有锁的时间比较长的情况下，使用自旋锁是不合适的；得用信号量。

 自旋锁是通过“原地等待”的方式来处理并发与竞争的，所以被保护的临界区不能太长，以免造成对CPU资源的浪费。但是有些情况我们必不可免的要长时间对一些资源进行保护。这时候就可以使用信号量了。

什么是信号量呢？
 举个例子，现在有一个电话亭，里面只有一个公共电话。某天A去打电话，恰好过了一会B也来了要打电话。但是此时A在打电话，所以B就只能等待A打完电话才可以打。如果是自旋锁的，B就要一直等待着A打完。但是A的事情很重要，需要打很长时间电话。这时候自旋锁就不合适了。那A是不是就可以告诉B，你先去休息一会儿，等我打完了告诉你，你再来打电话。这个就是信号量。信号量会引起调用者睡眠，所以信号量也叫睡眠锁。

信号的工作方式

 信号量的本质是一个全局变量。信号量的值可以根据实际情况来自行设置（取值范围大于等于0），当有线程来访问资源时，信号量执行“减一”操作，访问完以后，再执行“加一”操作。

 比如一个屋子有5把钥匙，这5把钥匙就是信号量的值，也就是说5个人可以进到这个屋子（允许多个线程同时访问共享资源）。当某个人想进屋子的时候，就要先拿一把钥匙，此时信号量的值“减一”。直到这5把钥匙全部拿走以后，这个屋子别人就进不去了。如果有人从屋子里面出来，还回去一把钥匙，此时信号量的值“加一”那就又可以进去一个人了。

信号量的描述

Linux内核使用结构体semaphore来表示信号量，定义在semaphore.h文件中，如下所示：

struct semaphore {raw_spinlock_t    lock;unsigned int      count;struct list_head  wait_list;
};

信号量的API函数

信号量的注意事项

1. 信号量的值不能小于0
2. 访问共享资源时，信号量执行“减一”操作，访问完毕后再执行“加一”操作
3. 当信号量的值为0时，想访问共享资源的线程必须等待，知道信号量大于0时，等待的线程才可以访问
4. 因为信号量会引起休眠，所以中断里面不能用信号量
5. 共享资源持有时间比较长，一般用信号量而不用自旋锁
6. 在同时使用信号量和自旋锁的时候，要先获取信号量，再使用自旋锁。因为信号量会导致睡眠。

写代码

简单实现：信号量实现驱动只能被一个程序调用

核心代码

static struct semaphore semlock;static void module_init(void)
{...sema_init(&semlock, 1);//设置值为1，就是说只能允许一个程序调用：一把钥匙...
}int misc_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
#if 0down(&semlock);
#endifif(down_interruptible(&semlock)) // 可以被中断打断的信号量，减一{return -EINTR;}printk("hello misc_open\n ");return 0;
}int misc_release(struct inode *inode,struct file *file)
{up(&semlock); // 信号量加一，释放掉后就可以被其他程序打开了printk("hello misc_relaease bye bye \n ");return 0;
}

完成代码

模块代码：

#include          //初始化头文件
#include        //最基本的文件，支持动态添加和卸载模块。
#include    //包含了miscdevice结构的定义及相关的操作函数。
#include            //文件系统头文件，定义文件表结构（file,buffer_head,m_inode等）
#include       //包含了copy_to_user、copy_from_user等内核访问用户进程内存地址的函数定义。
#include            //包含了ioremap、iowrite等内核访问IO内存等函数的定义。
#include 		//驱动要写入内核，与内核相关的头文件#include 
#include  #define GPIO_DR 0xfdd60000     //LED物理地址，通过查看原理图得知
unsigned int *vir_gpio_dr;     //存放映射完的虚拟地址的首地址static struct semaphore semlock;int misc_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
#if 0down(&semlock);
#endifif(down_interruptible(&semlock)) // 可以被中断打断的信号量，减一{return -EINTR;}printk("hello misc_open\n ");return 0;
}int misc_release(struct inode *inode,struct file *file)
{up(&semlock); // 信号量加一，释放掉后就可以被其他程序打开了printk("hello misc_relaease bye bye \n ");return 0;
}ssize_t misc_read (struct file *file, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t)
{printk("misc_read\n ");return 0;
}ssize_t misc_write (struct file *file, const char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t)
{	/*应用程序传入数据到内核空间，然后控制蜂鸣器的逻辑，在此添加*/// kbuf保存的是从应用层读取到的数据char kbuf[64] = {0};// copy_from_user 从应用层传递数据给内核层if(copy_from_user(kbuf,ubuf,size)!= 0) {// copy_from_user 传递失败打印printk("copy_from_user error \n ");return -1;}//打印传递进内核的数据//printk("kbuf is %d\n ",kbuf[0]); if(kbuf[0]==1) //传入数据为1 ,LED亮{*vir_gpio_dr = 0x80008000; }else if(kbuf[0]==0) //传入数据为0，LED灭*vir_gpio_dr = 0x80000000;return 0;
}//文件操作集
struct file_operations misc_fops={.owner = THIS_MODULE,.open = misc_open,.release = misc_release,.read = misc_read,.write = misc_write,
};
//miscdevice结构体
struct miscdevice  misc_dev = {.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,.name = "hello_misc",.fops = &misc_fops,
};
static int misc_init(void)
{int ret;sema_init(&semlock, 1);//设置值为1，就是说只能允许一个程序调用：一把钥匙//注册杂项设备ret = misc_register(&misc_dev);if(ret<0){printk("misc registe is error \n");}printk("misc registe is succeed \n");//将物理地址转化为虚拟地址vir_gpio_dr = ioremap(GPIO_DR,4);if(vir_gpio_dr == NULL){printk("GPIO_DR ioremap is error \n");return EBUSY;}printk("GPIO_DR ioremap is ok \n");	return 0;
}
static void misc_exit(void){//卸载杂项设备misc_deregister(&misc_dev);iounmap(vir_gpio_dr);printk(" misc gooodbye! \n");
}
module_init(misc_init);
module_exit(misc_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

测试APP

#include 
#include 
#include 
#include 
#include int main(int argc,char *argv[])
{int fd;char buf[64] = {0};//定义buf缓存char val[1];char cnt = 0;//打开设备节点fd = open("/dev/hello_misc",O_RDWR);if(fd < 0){//打开设备节点失败perror("open error \n"); return fd;}printf("open ok!\n");sleep(10);close(fd);printf("close ok!\n");return 0;
}

测试：

[root@RK356X:/opt]# insmod led.ko
[24800.610524] misc registe is succeed
[root@RK356X:/opt]# [24800.611512] GPIO_DR ioremap is ok[root@RK356X:/opt]#
[root@RK356X:/opt]# cp app.armelf app2.armelf
[root@RK356X:/opt]# ./app.armelf &
[root@RK356X:/opt]# open ok![root@RK356X:/opt]# ./app2.armelf
close ok!
[24834.366689] hello misc_open
[24834.366689]
[24844.open ok!
367459] hello misc_relaease bye bye
[24844.367459]
l248c4l4o.s3e6 7o5k7!2] helo misc_open
[24844.367572]
[1]+  Done                       ./app.armelf

效果是没有问题：

• app后台运行，打开设备节点成功
• app2前台运行，无法打开设备节点，然后就进入睡眠，直到app释放，app2才打开成功。

下面就是多复制了一个，然后app,app2,app3就排着队打开设备节点了。

[root@RK356X:/opt]# cp app.armelf app3.armelf
[root@RK356X:/opt]# ./app.armelf &
[root@RK356X:/opt]# [24854.369391] hello misc_relaease bye bye
[24854.369391]
open ok!
[root@RK356X:/opt]# ./app2.armelf &
[root@RK356X:/opt]# ./app.aclose ok!
[25146.299718] hello misc_open
[25146.299718]
[25156.3011open ok!
86] hello misc_relaease bye bye
[root@RK356X:/opt]# ./app3.armelf6lose ok![2515.301322] hello misc_open
[25156.301322]
[25166.303open ok!
492] hello misc_relaease bye bye
[25166.303492]
5lose ok![2166.303620] hello misc_open
[25166.303620]
[2]+  Done                       ./app2.armelf
[1]+  Done                       ./app.armelf