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. }
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)
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. }