在驅動程序中，當多個線程同時訪問相同的資源時（驅動程序中的全局變量是一種典型的共享資源），可能會引發"競態"，因此我們必須對共享資源進行並發控制。Linux內核中解決並發控制的最常用方法是自旋鎖與信號量（絕大多數時候作為互斥鎖使用）。 自旋鎖與信號量"類似而不類"，類似說的是它們功能上的相似性，"不類"指代它們在本質和實現機理上完全不一樣，不屬於一類。 自旋鎖不會引起調用者睡眠，如果自旋鎖已經被別的執行單元保持，調用者就一直循環查看是否該自旋鎖的保持者已經釋放了鎖，"自旋"就是"在原地打轉"。而信號量則引起調用者睡眠，它把進程從運行隊列上拖出去，除非獲得鎖。這就是它們的"不類"。 但是，無論是信號量，還是自旋鎖，在任何時刻，最多只能有一個保持者，即在任何時刻最多只能有一個執行單元獲得鎖。這就是它們的"類似"。 鑒於自旋鎖與信號量的上述特點，一般而言，自旋鎖適合於保持時間非常短的情況，它可以在任何上下文使用；信號量適合於保持時間較長的情況，會只能在進程上下文使用。如果被保護的共享資源只在進程上下文訪問，則可以以信號量來保護該共享資源，如果對共享資源的訪問時間非常短，自旋鎖也是好的選擇。但是，如果被保護的共享資源需要在中斷上下文訪問（包括底半部即中斷處理句柄和頂半部即軟中斷），就必須使用自旋鎖。 與信號量相關的API主要有： 定義信號量
strUCt semaphore sem;
初始化信號量
void sema_init (struct semaphore *sem, int val);
該函數初始化信號量，並設置信號量sem的值為val
void init_MUTEX (struct semaphore *sem);
該函數用於初始化一個互斥鎖，即它把信號量sem的值設置為1，等同於sema_init (struct semaphore *sem, 1)；
void init_MUTEX_LOCKED (struct semaphore *sem);
該函數也用於初始化一個互斥鎖，但它把信號量sem的值設置為0，等同於sema_init (struct semaphore *sem, 0)； 獲得信號量
void down(struct semaphore * sem);
該函數用於獲得信號量sem，它會導致睡眠，因此不能在中斷上下文使用；
int down_interruptible(struct semaphore * sem);
該函數功能與down類似，不同之處為，down不能被信號打斷，但down_interruptible能被信號打斷；
int down_trylock(struct semaphore * sem);
該函數嘗試獲得信號量sem，如果能夠立刻獲得，它就獲得該信號量並返回0，否則，返回非0值。它不會導致調用者睡眠，可以在中斷上下文使用。 釋放信號量
void up(struct semaphore * sem);
該函數釋放信號量sem，喚醒等待者。 與自旋鎖相關的API主要有： 定義自旋鎖
spinlock_t spin;
初始化自旋鎖
spin_lock_init(lock)
該宏用於動態初始化自旋鎖lock 獲得自旋鎖
spin_lock(lock)
該宏用於獲得自旋鎖lock，如果能夠立即獲得鎖，它就馬上返回，否則，它將自旋在那裡，直到該自旋鎖的保持者釋放；
spin_trylock(lock)
該宏嘗試獲得自旋鎖lock，如果能立即獲得鎖，它獲得鎖並返回真，否則立即返回假，實際上不再"在原地打轉"； 釋放自旋鎖
spin_unlock(lock)
該宏釋放自旋鎖lock，它與spin_trylock或spin_lock配對使用；
除此之外，還有一組自旋鎖使用於中斷情況下的API。 下面進入對並發控制的實戰。首先，在globalvar的驅動程序中，我們可以通過信號量來控制對int global_var的並發訪問，下面給出源代碼：
#include <linux/module.h>#include <linux/init.h>#include <linux/fs.h>#include <asm/uAccess.h>#include <asm/semaphore.h> MODULE_LICENSE("GPL");#define MAJOR_NUM 254static ssize_t globalvar_read(struct file *, char *, size_t, loff_t*);static ssize_t globalvar_write(struct file *, const char *, size_t, loff_t*);struct file_operations globalvar_fops ={ read: globalvar_read, write: globalvar_write,};static int global_var = 0;static struct semaphore sem;static int __init globalvar_init(void){ int ret; ret = register_chrdev(MAJOR_NUM, "globalvar", &globalvar_fops); if (ret) { printk("globalvar register failure"); } else { printk("globalvar register success"); init_MUTEX(&sem); } return ret;}static void __exit globalvar_exit(void){ int ret; ret = unregister_chrdev(MAJOR_NUM, "globalvar"); if (ret) { printk("globalvar unregister failure"); } else { printk("globalvar unregister success"); }}static ssize_t globalvar_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t *off){ //獲得信號量 if (down_interruptible(&sem)) { return - ERESTARTSYS; } //將global_var從內核空間復制到用戶空間 if (copy_to_user(buf, &global_var, sizeof(int))) { up(&sem); return - EFAULT; } //釋放信號量 up(&sem); return sizeof(int);}ssize_t globalvar_write(struct file *filp, const char *buf, size_t len, loff_t *off){ //獲得信號量 if (down_interruptible(&sem)) { return - ERESTARTSYS; } //將用戶空間的數據復制到內核空間的global_var if (copy_from_user(&global_var, buf, sizeof(int))) { up(&sem); return - EFAULT; } //釋放信號量 up(&sem); return sizeof(int);}module_init(globalvar_init);module_exit(globalvar_exit);
接下來，我們給globalvar的驅動程序增加open()和release()函數，並在其中借助自旋鎖來保護對全局變量int globalvar_count（記錄打開設備的進程數）的訪問來實現設備只能被一個進程打開（必須確保globalvar_count最多只能為1）：
#include <linux/module.h>#include <linux/init.h>#include <linux/fs.h>#include <asm/uaccess.h>#include <asm/semaphore.h>MODULE_LICENSE("GPL");#define MAJOR_NUM 254static ssize_t globalvar_read(struct file *, char *, size_t, loff_t*);static ssize_t globalvar_write(struct file *, const char *, size_t, loff_t*);static int globalvar_open(struct inode *inode, struct file *filp);static int globalvar_release(struct inode *inode, struct file *filp);struct file_operations globalvar_fops ={ read: globalvar_read, write: globalvar_write, open: globalvar_open, release:globalvar_release,};static int global_var = 0;static int globalvar_count = 0;static struct semaphore sem;static spinlock_t spin = SPIN_LOCK_UNLOCKED;static int __init globalvar_init(void){ int ret; ret = register_chrdev(MAJOR_NUM, "globalvar", &globalvar_fops); if (ret) { printk("globalvar register failure"); } else { printk("globalvar register success"); init_MUTEX(&sem); } return ret;}static void __exit globalvar_exit(void){ int ret; ret = unregister_chrdev(MAJOR_NUM, "globalvar"); if (ret) { printk("globalvar unregister failure"); } else { printk("globalvar unregister success"); }}static int globalvar_open(struct inode *inode, struct file *filp){ //獲得自選鎖 spin_lock(&spin); //臨界資源訪問 if (globalvar_count) { spin_unlock(&spin); return - EBUSY; } globalvar_count++; //釋放自選鎖 spin_unlock(&spin); return 0;}static int globalvar_release(struct inode *inode, struct file *filp){ globalvar_count--; return 0;}static ssize_t globalvar_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t*off){ if (down_interruptible(&sem)) { return - ERESTARTSYS; } if (copy_to_user(buf, &global_var, sizeof(int))) { up(&sem); return - EFAULT; } up(&sem); return sizeof(int);}static ssize_t globalvar_write(struct file *filp, const char *buf, size_t len,loff_t *off){ if (down_interruptible(&sem)) { return - ERESTARTSYS; } if (copy_from_user(&global_var, buf, sizeof(int))) { up(&sem); return - EFAULT; } up(&sem); return sizeof(int);}module_init(globalvar_init);module_exit(globalvar_exit);
為了上述驅動程序的效果，我們啟動兩個進程分別打開/dev/globalvar。在兩個終端中調用./globalvartest.o測試程序，當一個進程打開/dev/globalvar後，另外一個進程將打開失敗，輸出"device open failure"，如下圖：
輸出結果
