设备驱动技术实验五Word格式.docx

1、1、实验内容与要求：1）原子操作；2）自旋锁；3）信号量、互斥体机制。2、实验安排方式：采用1人1组，上机在Linux系统下进行编程实验。三、实验设备1、所用设备：PC机一台四、实验过程所谓原子操作，就是该操作绝不会在执行完毕前被任何其他任务或事件打断，也就说，它的最小的执行单位，不可能有比它更小的执行单位，因此这里的原子实际是使用了物理学里的物质微粒的概念。原子操作需要硬件的支持，因此是架构相关的，其API和原子类型的定义都定义在内核源码树的include/asm/atomic.h文件中，它们都使用汇编语言实现，因为C语言并不能实现这样的操作。原子操作主要用于实现资源计数，很多引用计数（re

2、fcnt）就是通过原子操作实现的。原子类型定义如下：volatile修饰字段告诉gcc不要对该类型的数据做优化处理，对它的访问都是对内存的访问，而不是对寄存器的访问。原子操作API包括：0.该函数对原子类型的变量进行原子读操作，它返回原子类型的变量v的值。1.该函数设置原子类型的变量v的值为iatomic_set（atomic_t * v, int i）;2.该函数给原子类型的变量v增加值i。void atomic_add（int i, atomic_t *v）;3.该函数从原子类型的变量v中减去i。atomic_sub（int i, atomic_t *v）;4.该函数从原子类型的变量v中减

3、去i，并判断结果是否为0，如果为0，返回真，否则返回假。int atomic_sub_and_test（int i, atomic_t *v）;5.该函数对原子类型变量v原子地增加1。void atomic_inc（atomic_t *v）;6.该函数对原子类型的变量v原子地减1void atomic_dec（atomic_t *v）;7.该函数对原子类型的变量v原子地减1，并判断结果是否为0，如果为0，返回真，否则返回假。int atomic_dec_and_test（atomic_t *v）;8.该函数对原子类型的变量v原子地增加1，并判断结果是否为0，如果为0，返回真，否则返回假。int

4、 atomic_inc_and_test（atomic_t *v）;9.该函数对原子类型的变量v原子地增加I，并判断结果是否为负数，如果是，返回真，否则返回假。int atomic_add_negative（int i, atomic_t *v）;10.该函数对原子类型的变量v原子地增加i，并且返回指向v的指针。int atomic_add_return（int i, atomic_t *v）;11.该函数从原子类型的变量v中减去i，并且返回指向v的指针。int atomic_sub_return（int i, atomic_t *v）;12.该函数对原子类型的变量v原子地增加1并且返回指向v

5、的指针。int atomic_inc_return（atomic_t * v）;13.该函数对原子类型的变量v原子地减1并且返回指向v的指针。int atomic_dec_return（atomic_t * v）;自旋锁原语要求的包含文件是 . 一个实际的锁有类型 spinlock_t. 象任何其他数据结构, 一个 自旋锁必须初始化. 这个初始化可以在编译时完成, 如下:spinlock_t my_lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;或者在运行时使用:void spin_lock_init（spinlock_t *lock）;在进入一个临界区前, 你的代码必须获得需要的 loc

6、k , 用:void spin_lock（spinlock_t *lock）;注意所有的自旋锁等待是, 由于它们的特性, 不可中断的. 一旦调用 spin_lock, 将自旋直到锁变为可用.为释放一个已获得的锁, 传递它给:void spin_unlock（spinlock_t *lock）;4 个函数可以加锁一个自旋锁:void spin_lock_irqsave（spinlock_t *lock, unsigned long flags）;void spin_lock_irq（spinlock_t *lock）;void spin_lock_bh（spinlock_t *lock）4 个方

7、法释放一个自旋锁void spin_unlock_irqrestore（spinlock_t *lock, unsigned long flags）;void spin_unlock_irq（spinlock_t *lock）;void spin_unlock_bh（spinlock_t *lock）;阻塞的自旋锁操作:int spin_trylock（spinlock_t *lock）;int spin_trylock_bh（spinlock_t *lock）;2 种方式被声明和被初始化:rwlock_t my_rwlock = RW_LOCK_UNLOCKED; /* Static way

8、 */ rwlock_t my_rwlock;rwlock_init（&my_rwlock）; /* Dynamic way */为了记录可用资源的数量，需要一个count计数，标记当前可用资源数量。需要一个count计数和等待进程的链表头即可。描述信号量的结构体如下。在linux中，需要一个结构体记录当前的进程信息（task_struct）。struct semaphore_waiter的list成员是当进程无法获取信号量的时候挂入semaphore的wait_list成员。task成员就是记录后续被唤醒的进程信息。一切准备就绪，现在就可以实现信号量的申请函数。（1）.如果信号量标记的资源还

9、有剩余，自然可以成功获取信号量。只需要递减可用资源计数。（2）.既然无法获取信号量，就需要将当前进程挂入信号量的等待队列链表上。（3）.schedule（）主要是触发任务调度的示意函数，主动让出CPU使用权。在让出之前，需要将当前进程从运行队列上移除。既然mutex是一种二值信号量，因此就不需要像semaphore那样需要一个count计数。由于mutex具有“持锁者才能解锁”的特点，所以我们需要一个变量owner记录持锁进程。释放锁的时候必须是同一个进程才能释放。当然也需要一个链表头，主要用来便利睡眠等待的进程。原理和semaphore及其相似，因此在代码上也有体现。struct mutex

10、_waiter的list成员是当进程无法获取互斥量的时候挂入mutex的wait_list链表。首先实现申请互斥量的函数。（1）.当mutex-owner的值为0的时候，代表没有任何进程持有锁。因此可以直接申请成功。然后，记录当前申请锁进程的task_struct。（2）.既然不能获取互斥量，自然就需要睡眠等待，挂入等待链表。互斥量的释放代码实现也同样和semaphore有很多相似之处。（1）.mutex具有“持锁者才能解锁”的特点就是在这行代码体现。（2）.如果等待链表没有进程，那么自然只需要将mutex-owner置0，代表没有锁是释放状态。（3）.mutex-owner的值改成当前可以持

11、锁进程的task_struct。（4）.从等待进程链表取出第一个进程，并从链表上移除。然后就是唤醒该进程。五、程序清单原子操作函数如下：atomic_read（atomic_t * v）;自旋锁函数void spin_lock（spinlock_t *lock）;void spin_unlock（spinlock_t *lock）;描述信号量的结构体struct semaphore unsigned int count; struct list_head wait_list;结构体记录当前的进程信息struct semaphore_waiter struct list_head list; s

12、truct task_struct *task;实现信号量的申请函数void down（struct semaphore *sem） struct semaphore_waiter waiter; if （sem-count 0） sem-count-; /* 1 */ return; waiter.task = current; /* 2 */ list_add_tail（&waiter.list, &sem-wait_list）; schedule（）; /* 3 */两个类似的结构体分别描述mutexstruct mutex_waiter struct mutex long owner;

13、申请互斥量的函数void mutex_take（struct mutex *mutex） struct mutex_waiter waiter; if （!mutex-owner） mutex-owner = （long）current; /* 1 */互斥量的释放代码int mutex_release（struct mutex *mutex） if （mutex-owner != （long）current） /* 1 */ return -1; if （list_empty（&wait_list） owner = 0; return 0; waiter = list_first_entry（&wait_list, struct mutex_waiter, list）; list_del（&waiter-list）; mutex-owner = （long）waiter-task; wake_up_process（waiter-task）; /* 4 */ return 0;六、实验体会（需要填写）指导教师评语：