轉自：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。此函數的調用將會到致調用線程的睡眠,??直到獲取到信號。同時，該函數的調用不允許中斷。
在此函數中首先進行信號量資源數的查看，如果信號量數據(count)不為0，則把其減1，并返回，調用成功；否則調用__down進行等待，調用者進行睡眠。

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

該函數功能和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，因此該函數有返回值來區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。

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3、int down_killable(struct semaphore *sem);//睡眠的進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，此接口不會引起調用者的睡眠。不管有無可用信號量，都馬上進行返回，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，在調用此接口時，必須進行返回的值的查看，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接口的實現過程與down接口的實現過程差不多，只是此接口?可以自定義超時時間，也就是如果在超時間內不能得到信號量，調用者會因為超時而自行喚醒。其實現過程如下，請注意超時參數的傳入。其中TASK_UNINTERRUPTIBLE

在以上五種函數中，驅動程序使用的最頻繁的就是down_interruptible函數，以下將對該函數進行分析。

down_interruptible函數的定義如下：

函數分析：函數首先通過spin_lock_irqsave的調用來保證對sem->count操作的原子性。如果count>0，表示當前進程可以獲得信號量，將count的值減1然后退出。如果count不大于0，表明當前進程無法獲取信號量,則調用__down_interruptible，后者會繼續調用__down_common。

__down_common 函數定義如下：

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;}

函數分析：在__down_common函數數執行了以下操作。

(1)將當前進程放到信號量成員變量wait_list所管理的隊列中。

(2)在一個for循環中把當前的進程狀態這是為TASK_INTERRUPTIBLE,在調用schedule_timeout使當前進程進入睡眠狀態，函數將停留在schedule_timeout調用上，知道再次被調度執行。

(3) 當該進程再一次被調度時，按原因執行相應的操作：如果waiter.up不為0說明進程被該信號量的up操作所喚醒，進程可以獲得信號量。如果進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，則返回相應的錯誤代碼。?

UP操作：LINUX內核只提供了一個up函數

up函數定義如下：

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);}

函數分析：如果sem的wait_list隊列為空，則表明沒有其他進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，則說明有其他進程正睡眠在wait_list上等待該信號，此時調用__up(sem)來喚醒進程：

__up()函數定義如下：

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);}

函數分析:在函數中，調用了wake_up_process來喚醒進程，這樣進程就從之前的__down_interruptible調用中的timeout=schedule_timeout(timeout)處醒來，wait-up=1, __down_interruptible返回0，進程獲得了信號量。

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

Note：一個進程在調用down_interruptible()之后，如果sem<0，那么就進入到可中斷的睡眠狀態并調度其它進程運行， 但是一旦該進程收到信號，那么就會從down_interruptible函數中返回。并標記錯誤號為:-EINTR。一個形象的比喻：傳入的信號量為1好比天亮，如果當前信號量為0，進程睡眠，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：小強下午放學回家，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：當他到廚房去的時候發現媽媽還在做，媽媽就對他說：“你先去睡會，待會做好了叫你。”小強就答應去睡會，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。”小強就是down_interruptible，想吃飯就是獲取信號量，睡覺對應這里的休眠，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，萬一出現了semaphore的死鎖，還有機會用ctrl+c發出軟中斷，讓等待這個內核驅動返回的用戶態進程退出。而不是把整個系統都鎖住了。在休眠時，能被中斷信號終止，這個進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，就給上面的進程發送了進程終止信號。信號發送給用戶空間，然后通過系統調用，會把這個信號傳給遞給驅動。信號只能發送給用戶空間，無權直接發送給內核的，那1G的內核空間，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

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

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