轉(zhuǎn)自：https://blog.csdn.net/fzubbsc/article/details/37737159

參考：

https://blog.csdn.net/liuxd3000/article/details/17913363

http://blog.chinaunix.net/uid-25845340-id-3017214.html?

https://blog.csdn.net/xiao229404041/article/details/7031776

查閱文件：

kernel\linux\linux-4.4.3\kernel\locking\semaphore.c

kernel\linux\linux-4.4.3\include\linux\semaphore.h

DOWN操作：linux內(nèi)核中，對信號量的DOWN操作有如下幾種：

1、void down(struct semaphore *sem); //不可中斷

down接口用于請求一個信號量。此函數(shù)的調(diào)用將會到致調(diào)用線程的睡眠,??直到獲取到信號。同時，該函數(shù)的調(diào)用不允許中斷。
在此函數(shù)中首先進(jìn)行信號量資源數(shù)的查看，如果信號量數(shù)據(jù)(count)不為0，則把其減1，并返回，調(diào)用成功；否則調(diào)用__down進(jìn)行等待，調(diào)用者進(jìn)行睡眠。

2、int down_interruptible(struct semaphore *sem);//可中斷

該函數(shù)功能和down類似，不同之處為，down不會被信號（signal）打斷，但down_interruptible能被信號打斷，因此該函數(shù)有返回值來區(qū)分是正常返回還是被信號中斷，如果返回0，表示獲得信號量正常返回，如果被信號打斷，返回-EINTR。

?

3、int down_killable(struct semaphore *sem);//睡眠的進(jìn)程可以因為受到致命信號而被喚醒，中斷獲取信號量的操作。

down_killable與down_interruptible相近，最終傳入的__down_common的實參有所不同(TASK_KILLABLE和TASK_INTERRUPTIBLE)，所以，在此不再進(jìn)行分析。

4、int down_trylock(struct semaphore *sem);//試圖獲取信號量，若無法獲得則直接返回1而不睡眠。返回0則 表示獲取到了信號量

down_trylock接口用于試著獲取一個信號量，但是，此接口不會引起調(diào)用者的睡眠。不管有無可用信號量，都馬上進(jìn)行返回，如果返回0，則獲取信號量成功，如果返回1，則獲取失敗。所以，在調(diào)用此接口時，必須進(jìn)行返回的值的查看，看是否獲取成功。

5、int down_timeout(struct semaphore *sem,long jiffies);//表示睡眠時間是有限制的，如果在jiffies指明的時間到期時仍然無法獲得信號量，則將返回錯誤碼。

down_timeout接口的實現(xiàn)過程與down接口的實現(xiàn)過程差不多，只是此接口?可以自定義超時時間，也就是如果在超時間內(nèi)不能得到信號量，調(diào)用者會因為超時而自行喚醒。其實現(xiàn)過程如下，請注意超時參數(shù)的傳入。其中TASK_UNINTERRUPTIBLE

在以上五種函數(shù)中，驅(qū)動程序使用的最頻繁的就是down_interruptible函數(shù)，以下將對該函數(shù)進(jìn)行分析。

down_interruptible函數(shù)的定義如下：

函數(shù)分析：函數(shù)首先通過spin_lock_irqsave的調(diào)用來保證對sem->count操作的原子性。如果count>0，表示當(dāng)前進(jìn)程可以獲得信號量，將count的值減1然后退出。如果count不大于0，表明當(dāng)前進(jìn)程無法獲取信號量,則調(diào)用__down_interruptible，后者會繼續(xù)調(diào)用__down_common。

__down_common 函數(shù)定義如下：

static inline int __sched __down_common(struct semaphore *sem, longstate,longtimeout){struct task_struct *task= current;struct semaphore_waiterwaiter;list_add_tail(&waiter.list,&sem->wait_list);waiter.task = task;waiter.up = 0;for (;;) {if(signal_pending_state(state, task))gotointerrupted;if (timeout <=0)gototimed_out;__set_task_state(task,state);spin_unlock_irq(&sem->lock);timeout =schedule_timeout(timeout);spin_lock_irq(&sem->lock);if (waiter.up)return 0;}timed_out:list_del(&waiter.list);return -ETIME;interrupted:list_del(&waiter.list);return -EINTR;}

函數(shù)分析：在__down_common函數(shù)數(shù)執(zhí)行了以下操作。

(1)將當(dāng)前進(jìn)程放到信號量成員變量wait_list所管理的隊列中。

(2)在一個for循環(huán)中把當(dāng)前的進(jìn)程狀態(tài)這是為TASK_INTERRUPTIBLE,在調(diào)用schedule_timeout使當(dāng)前進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)，函數(shù)將停留在schedule_timeout調(diào)用上，知道再次被調(diào)度執(zhí)行。

(3) 當(dāng)該進(jìn)程再一次被調(diào)度時，按原因執(zhí)行相應(yīng)的操作：如果waiter.up不為0說明進(jìn)程被該信號量的up操作所喚醒，進(jìn)程可以獲得信號量。如果進(jìn)程是因為被用戶空間的信號所中斷或超時信號所引起的喚醒，則返回相應(yīng)的錯誤代碼。?

UP操作：LINUX內(nèi)核只提供了一個up函數(shù)

up函數(shù)定義如下：

void up(struct semaphore *sem){unsigned long flags;spin_lock_irqsave(&sem->lock,flags);if(likely(list_empty(&sem->wait_list)))sem->count++;else__up(sem);spin_unlock_irqrestore(&sem->lock,flags);}

函數(shù)分析：如果sem的wait_list隊列為空，則表明沒有其他進(jìn)程正在等待該信號量，那么只需要把sem的count加1即可。如果wait_list隊列不為空，則說明有其他進(jìn)程正睡眠在wait_list上等待該信號，此時調(diào)用__up(sem)來喚醒進(jìn)程：

__up()函數(shù)定義如下：

static noinline void __sched __up(struct semaphore *sem){struct semaphore_waiter*waiter = list_first_entry(&sem->wait_list,structsemaphore_waiter, list);list_del(&waiter->list);waiter->up = 1;wake_up_process(waiter->task);}

函數(shù)分析:在函數(shù)中，調(diào)用了wake_up_process來喚醒進(jìn)程，這樣進(jìn)程就從之前的__down_interruptible調(diào)用中的timeout=schedule_timeout(timeout)處醒來，wait-up=1, __down_interruptible返回0，進(jìn)程獲得了信號量。

up()與down()函數(shù)之間的聯(lián)系：由上面對兩個函數(shù)的分析可以知道，__down_common函數(shù)中timeout=schedule_timeout(timeout) 有著很重要的作用。

Note：一個進(jìn)程在調(diào)用down_interruptible()之后，如果sem<0，那么就進(jìn)入到可中斷的睡眠狀態(tài)并調(diào)度其它進(jìn)程運行， 但是一旦該進(jìn)程收到信號，那么就會從down_interruptible函數(shù)中返回。并標(biāo)記錯誤號為:-EINTR。一個形象的比喻：傳入的信號量為1好比天亮，如果當(dāng)前信號量為0，進(jìn)程睡眠，直到（信號量為1）天亮才醒，但是可能中途有個鬧鈴（信號）把你鬧醒。又如：小強(qiáng)下午放學(xué)回家，回家了就要開始吃飯嘛，這時就會有兩種情況：情況一：飯做好了，可以開始吃；情況二：當(dāng)他到廚房去的時候發(fā)現(xiàn)媽媽還在做，媽媽就對他說：“你先去睡會，待會做好了叫你?！毙?qiáng)就答應(yīng)去睡會，不過又說了一句：“睡的這段時間要是小紅來找我玩，你可以叫醒我?！毙?qiáng)就是down_interruptible，想吃飯就是獲取信號量，睡覺對應(yīng)這里的休眠，而小紅來找我玩就是中斷休眠。

使用可被中斷的信號量版本的意思是，萬一出現(xiàn)了semaphore的死鎖，還有機(jī)會用ctrl+c發(fā)出軟中斷，讓等待這個內(nèi)核驅(qū)動返回的用戶態(tài)進(jìn)程退出。而不是把整個系統(tǒng)都鎖住了。在休眠時，能被中斷信號終止，這個進(jìn)程是可以接受中斷信號的！比如你在命令行中輸入# sleep 10000，按下ctrl + c，就給上面的進(jìn)程發(fā)送了進(jìn)程終止信號。信號發(fā)送給用戶空間，然后通過系統(tǒng)調(diào)用，會把這個信號傳給遞給驅(qū)動。信號只能發(fā)送給用戶空間，無權(quán)直接發(fā)送給內(nèi)核的，那1G的內(nèi)核空間，我們是無法直接去操作的。 --------------------- 本文來自 liuxd3000 的CSDN 博客 ，全文地址請點擊：https://blog.csdn.net/liuxd3000/article/details/17913363?utm_source=copy

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的信号量机制中的down和up函数的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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