Linux内核34-读/写信号量

每一种技术的出现必然是因为某种需求。正因为人的本性是贪婪的，所以科技的创新才能日新月异。

1 读/写信号量的工作原理

读/写信号量和读/写自旋锁类似，不同的地方是进程在等待读/写信号量的时候处于挂起状态，而在等待读/写自旋锁的时候是处于忙等待，也就是自旋的状态中。

那也就是说，读/写信号量同读/写自旋锁一样，对于读操作，多个内核控制路径可以并发请求一个读写信号量；而对于写操作，每个内核控制路径必须独占访问受保护的资源。因此，对于读/写信号量来说，写操作的时候，既不可以进行读操作，也不可以进行写操作。读/写信号量提高了内核中的并发数量，也同时提高了系统的整体性能。

内核严格按照先进先出（FIFO）的原则处理等待读/写信号量的进程。读进程或者写进程一旦请求信号量失败，就被写到信号量等待队列的队尾。当信号量被释放后，队列中的第一个进程先被执行，因为它先被唤醒。如果唤醒的是一个写进程，那么队列中其它进程继续休眠。如果唤醒的是一个读进程，写进程之前的所有读进程都会被唤醒获得信号量；但是写进程之后的读进程继续休眠。

2 读/写信号量的数据结构

读/写信号量使用数据结构rw_semaphore表示，其成员为：

• count 一个32位的整形数，被分割成两个16位的计数器。高16位的计数器以2的补码形式表示非等待写进程和等待内核控制路径的数量，低16位表示非等待读进程和非等待写进程的总数。
• wait_list 等待进程的列表。每个元素是一个rwsem_waiter数据结构，包含指向休眠进程描述符的指针和一个标志，这个标志表明进程申请信号量是要读取还是写入。
• wait_lock 自旋锁，用来保护等待队列和rw_semaphore数据结构。

3 读/写信号量的有关API

初始化函数为 init_rwsem()，用其可以初始化一个rw_semaphore数据结构，将count设为0，wait_lock自旋锁设为未使用，wait_list设为空列表。

down_read() 和 down_write()函数分别用来请求读信号量和写信号量。同理，up_read()和 up_write()函数分别用来释放读信号量和写信号量。down_read_trylock()和down_write_trylock()函数分别与down_read() 和 down_write()函数类似，只是当信号量忙的时候不会阻塞进程。最后，还有一个重要的函数，downgrade_write()，用于写进程使用完写信号量之后，自动将其转换成一个读信号量。这些函数的实现与普通信号量的实现极其类似，所以，在此，我们就不再详细描述其实现过程了。