linux驱动编写之进程独占驱动

一、描述

嵌入式开发系统中，有各种硬件资源，而有些硬件资源使用时候是需要进程独占的。也就是说，同一时刻只有一个进程允许使用这个硬件资源，其他的进程只能放弃执行或者挂起等待。在设计其对应驱动的时候，就需要做独占处理。

example: 

      led灯驱动，4盏LED灯，在open的时候调用驱动，对其引脚进行配置。如果没有进程独占驱动的处理机制，效果如下：

根据测试结果可以得到结论，调用了4次应用程序led_test，每一次调用open("/dev/leds", 0),都返回了一个/dev/leds的fd，fd是相同的，都是3。应用程序led_test的4次运行，都成功得到了执行，进程pid号分别为680、681、682、683。当调用open("/dev/leds", 0)时候，对应的就会调用驱动的leds_open函数，然后进行4次初始化。

所以要实现只有一个进程使用该leds驱动，就需要在驱动模块的leds_open函数动手脚，具体实现方法如下。

二、原子操作

1、定义一个全局原子变量

static atomic_t open_ability = ATOMIC_INIT();

2、修改drivers_open函数

static int drivers_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    if (!atomic_dec_and_test(&open_ability))
    {
        atomic_inc(&open_ability);
        return -EBUSY;
    }
        ............
}

如果是第一次打开或者处于关闭之后未打开状态，那么可以打开,if判断为false，执行之后的open代码段；如果已经打开了，就不能打开，返回-EBUSY.

3、修改drivers_close函数

int drivers_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    atomic_inc(&open_ability);
        ............
    return ;
}

打开之后，关闭驱动文件，就需要释放open_ability.

4、实现思路总结

通过引入一个变量open_ability，为硬件驱动设计一个锁，只允许一个进程对其独占；当进程使用完驱动之后，就可以释放这个资源，以提供给其他应用程序来使用。

5、测试效果

可以看到第一次打开驱动成功，但是第二次打开驱动失败了。而且，这种方法实现的效果是，直接由驱动程序返回打开失败的消息-EBUSY.

三、信号量--互斥锁

1、定义一个互斥锁，并将互斥锁初始值设为1

static DECLARE_MUTEX(leds_lock);  //利用宏来实现定义，并初始化

2、修改drivers_open函数

static int drivers_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
        /* 获取信号量，如果没有获得，那么就进入睡眠状态 */
        down(&leds_lock);
        ............
}    

3、修改drivers_close函数

int drivers_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    ............
    up(&leds_lock);
    return ;
}

4、实现思路总结

利用互斥锁，来实现对硬件驱动的独占，显然是很适合的，因为互斥锁设计的初衷就是来解决这类问题。

5、测试效果

可以看到第一次成功打开了驱动，第二次进入了不可中断的休眠状态。也就是说，当pid号645的应用程序led_test调用调用open("/dev/leds", 0)时候，驱动程序中的down(leds_lock)令进程进入了不可中断的休眠状态，直到第一次运行pid号644的应用程序led_test释放互斥锁，才能够重新得到运行。

备注：STAT一栏中的，S代表“休眠状态”；D代表“不可中断的休眠状态”。

6、与原子操作实现的区别

原子操作，当第二次打开驱动文件的时候，直接返回-EBUSY，也就是说是非阻塞的；而互斥锁的这种方法，当第二次打开驱动文件的时候，由驱动程序中的down()函数迫使进程进入不可中断的休眠状态，可以说是阻塞的。

不过，如果将down()函数换成down_trylock()函数，实现的效果也是非阻塞的。

参考资料：韦东山linux视频教程

linux中原子操作实现方式