瑞芯微RK3568芯片是一款定位中高端的通用型SOC，采用22nm制程工藝，搭載一顆四核Cortex-A55處理器和Mali G52 2EE 圖形處理器。RK3568 支持4K 解碼和 1080P 編碼，支持SATA/PCIE/USB3.0 外圍接口。RK3568內(nèi)置獨立NPU，可用于輕量級人工智能應(yīng)用。RK3568 支持安卓 11 和 linux 系統(tǒng)，主要面向物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、NVR 存儲、工控平板、工業(yè)檢測、工控盒、卡拉 OK、云終端、車載中控等行業(yè)。

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在上一小節(jié)中，學(xué)習(xí)了內(nèi)核中自旋鎖的使用，而自旋鎖若是使用不當(dāng)就會產(chǎn)生死鎖，在本章將會對自旋鎖的特殊情況-死鎖進行講解。

第22章 自旋鎖死鎖實驗

22.1 自旋鎖死鎖

死鎖是指兩個或多個事物在同一資源上相互占用，并請求鎖定對方的資源，從而導(dǎo)致惡性循環(huán)的現(xiàn)象。當(dāng)多個進程因競爭資源而造成的一種僵局（互相等待），若無外力作用，這些進程都將無法向前推進，這種情況就是死鎖。

自旋鎖死鎖發(fā)生存在兩種情況：

（1）第一種情況是擁有自旋鎖的進程A在內(nèi)核態(tài)阻塞了，內(nèi)核調(diào)度B進程，碰巧B進程也要獲得自旋鎖，此時B只能自旋轉(zhuǎn)。而此時搶占已經(jīng)關(guān)閉(在單核條件下)不會調(diào)度A進程了，B永遠自旋，產(chǎn)生死鎖，如下圖（圖 22-1）所示：

相應(yīng)的解決辦法是，在自旋鎖的使用過程中要盡可能短的時間內(nèi)擁有自旋鎖，而且不能在臨界區(qū)中調(diào)用導(dǎo)致線程休眠的函數(shù)。

第二種情況是進程A擁有自旋鎖，中斷到來，CPU執(zhí)行中斷函數(shù)，中斷處理函數(shù)，中斷處理函數(shù)需要獲得自旋鎖，訪問共享資源，此時無法獲得鎖，只能自旋，從而產(chǎn)生死鎖，如下圖（圖22-2）所示：

對于中斷引發(fā)的死鎖，最好的解決方法就是在獲取鎖之前關(guān)閉本地中斷，Linux內(nèi)核在“/include/linux/spinlock.h”文件中提供了相應(yīng)的API 函數(shù)，如下（圖22-3）所示：

由于Linux內(nèi)核運行是非常復(fù)雜的，很難確定某個時刻的中斷狀態(tài)，因此建議使用 spin_lock_irqsave/spin_unlock_irqrestore，因為這一組函數(shù)會保存中斷狀態(tài)，在釋放鎖的時候會恢復(fù)中斷狀態(tài)。

在下一小節(jié)中將進行自旋鎖死鎖實驗，本次實驗所采取的是第一種情況，即擁有自旋鎖的進程A在內(nèi)核態(tài)阻塞了，內(nèi)核調(diào)度B進程，碰巧B進程也要獲得自旋鎖，依次產(chǎn)生死鎖。

22.2 實驗程序的編寫

22.2.1 驅(qū)動程序編寫

本實驗對應(yīng)的網(wǎng)盤路徑為：iTOP-RK3568開發(fā)板【底板V1.7版本】\03_【iTOP-RK3568開發(fā)板】指南教程\02_Linux驅(qū)動配套資料\04_Linux驅(qū)動例程\17\module。

本章節(jié)實驗以19章并發(fā)與競爭實驗為基礎(chǔ)，在open()函數(shù)中加入了自旋鎖加鎖，在close()函數(shù)中加入了自旋鎖解鎖，由于在write()函數(shù)中存在sleep()睡眠函數(shù)，所以會造成內(nèi)核阻塞，睡眠期間如果使用另一個進程獲取該自旋鎖，就會造成死鎖。

編寫完成的dielock.c代碼如下所示

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/spinlock.h>

static spinlock_t spinlock_test;//定義spinlock_t類型的自旋鎖變量spinlock_test
static int open_test(struct inode *inode,struct file *file)
{
	//printk("\nthis is open_test \n");
	spin_lock(&spinlock_test);//自旋鎖加鎖
	return 0;
}

static ssize_t read_test(struct file *file,char __user *ubuf,size_t len,loff_t *off)
{
	int ret;
	char kbuf[10] = "topeet";//定義char類型字符串變量kbuf
	printk("\nthis is read_test \n");
	ret = copy_to_user(ubuf,kbuf,strlen(kbuf));//使用copy_to_user接收用戶空間傳遞的數(shù)據(jù)
	if (ret != 0){
		printk("copy_to_user is error \n");
	}
	printk("copy_to_user is ok \n");
	return 0;
}
static char kbuf[10] = {0};//定義char類型字符串全局變量kbuf
static ssize_t write_test(struct file *file,const char __user *ubuf,size_t len,loff_t *off)
{
	int ret;
	ret = copy_from_user(kbuf,ubuf,len);//使用copy_from_user接收用戶空間傳遞的數(shù)據(jù)
	if (ret != 0){
		printk("copy_from_user is error\n");
	}
	if(strcmp(kbuf,"topeet") == 0 ){//如果傳遞的kbuf是topeet就睡眠四秒鐘
		ssleep(4);
	}
	else if(strcmp(kbuf,"itop") == 0){//如果傳遞的kbuf是itop就睡眠兩秒鐘
		ssleep(2);
	}
	printk("copy_from_user buf is %s \n",kbuf);
	return 0;
}
static int release_test(struct inode *inode,struct file *file)
{
	printk("\nthis is release_test \n");
	spin_unlock(&spinlock_test);//自旋鎖解鎖
	return 0;
}

struct chrdev_test {
       dev_t dev_num;//定義dev_t類型變量dev_num來表示設(shè)備號
       int major,minor;//定義int類型的主設(shè)備號major和次設(shè)備號minor
       struct cdev cdev_test;//定義struct cdev 類型結(jié)構(gòu)體變量cdev_test，表示要注冊的字符設(shè)備
       struct class *class_test;//定于struct class *類型結(jié)構(gòu)體變量class_test，表示要創(chuàng)建的類
};
struct chrdev_test dev1;//創(chuàng)建chrdev_test類型的
struct file_operations fops_test = {
      .owner = THIS_MODULE,//將owner字段指向本模塊，可以避免在模塊的操作正在被使用時卸載該模塊
      .open = open_test,//將open字段指向open_test(...)函數(shù)
      .read = read_test,//將read字段指向read_test(...)函數(shù)
      .write = write_test,//將write字段指向write_test(...)函數(shù)
      .release = release_test,//將release字段指向release_test(...)函數(shù)
};
 
static int __init atomic_init(void)
{
	spin_lock_init(&spinlock_test);
	if(alloc_chrdev_region(&dev1.dev_num,0,1,"chrdev_name") < 0 ){//自動獲取設(shè)備號，設(shè)備名chrdev_name
		printk("alloc_chrdev_region is error \n");
	}
	printk("alloc_chrdev_region is ok \n");
	dev1.major = MAJOR(dev1.dev_num);//使用MAJOR()函數(shù)獲取主設(shè)備號
	dev1.minor = MINOR(dev1.dev_num);//使用MINOR()函數(shù)獲取次設(shè)備號
	printk("major is %d,minor is %d\n",dev1.major,dev1.minor);
	cdev_init(&dev1.cdev_test,&fops_test);//使用cdev_init()函數(shù)初始化cdev_test結(jié)構(gòu)體，并鏈接到fops_test結(jié)構(gòu)體
	dev1.cdev_test.owner = THIS_MODULE;//將owner字段指向本模塊，可以避免在模塊的操作正在被使用時卸載該模塊
	cdev_add(&dev1.cdev_test,dev1.dev_num,1);//使用cdev_add()函數(shù)進行字符設(shè)備的添加
	dev1.class_test = class_create(THIS_MODULE,"class_test");//使用class_create進行類的創(chuàng)建，類名稱為class_test
	device_create(dev1.class_test,0,dev1.dev_num,0,"device_test");//使device_create進行設(shè)備的創(chuàng)建，設(shè)備名稱為device_test
	return 0;
}

static void __exit atomic_exit(void)
{
	device_destroy(dev1.class_test,dev1.dev_num);//刪除創(chuàng)建的設(shè)備
	class_destroy(dev1.class_test);//刪除創(chuàng)建的類
	cdev_del(&dev1.cdev_test);//刪除添加的字符設(shè)備cdev_test
	unregister_chrdev_region(dev1.dev_num,1);//釋放字符設(shè)備所申請的設(shè)備號
	printk("module exit \n");
}
Module_init(atomic_init);
module_exit(atomic_exit)
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("topeet");

22.2.2 編寫測試 APP

本實驗應(yīng)用程序?qū)?yīng)的網(wǎng)盤路徑為：iTOP-RK3568開發(fā)板【底板V1.7版本】\03_【iTOP-RK3568開發(fā)板】指南教程\02_Linux驅(qū)動配套資料\04_Linux驅(qū)動例程\17\app。

本測試app代碼和上一章節(jié)相同，需要輸入兩個參數(shù)，第一個參數(shù)為對應(yīng)的設(shè)備節(jié)點，第二個參數(shù)為“topeet”或者“itop”，分別代表向設(shè)備寫入的數(shù)據(jù)，編寫完成的應(yīng)用程序app.c內(nèi)容如下所示：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
 #include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd;//定義int類型的文件描述符
	char str1[10] = {0};//定義讀取緩沖區(qū)str1
	fd = open(argv[1],O_RDWR);//調(diào)用open函數(shù)，打開輸入的第一個參數(shù)文件，權(quán)限為可讀可寫
	if(fd < 0 ){
		printf("file open failed \n");
		return -1;
	}
	/*如果第二個參數(shù)為topeet，條件成立，調(diào)用write函數(shù)，寫入topeet*/    
	if (strcmp(argv[2],"topeet") == 0 ){
		write(fd,"topeet",10);
	}
	/*如果第二個參數(shù)為itop，條件成立，調(diào)用write函數(shù)，寫入itop*/  
	else if (strcmp(argv[2],"itop") == 0 ){
		write(fd,"itop",10);
	}
	close(fd); 
	return 0;
}

由于本次測試的CPU為多核心CPU，其他核心仍舊可以調(diào)度其他進程，所以需要多次使用taskset函數(shù)指定CPU進行進程的運行，以此來產(chǎn)生死鎖，在與app.c同級目錄下創(chuàng)建名為app.sh的腳本文件，腳本內(nèi)容如下所示：

#!/bin/bash
taskset -c 0 ./app /dev/device_test topeet &
taskset -c 1 ./app /dev/device_test topeet &
taskset -c 2 ./app /dev/device_test topeet &
taskset -c 3 ./app /dev/device_test topeet &
taskset -c 0 ./app /dev/device_test topeet &
taskset -c 1 ./app /dev/device_test topeet &
taskset -c 2 ./app /dev/device_test topeet &

保存退出之后，需要使用以下命令賦予腳本可執(zhí)行權(quán)限，如下圖（圖22-4）所示：

chmod 777 app.sh

至此測試程序app.c和運行腳本app.sh就編寫完成了。

22.3 運行測試

22.3.1 編譯驅(qū)動程序

在上一小節(jié)中的dielock.c代碼同一目錄下創(chuàng)建 Makefile 文件，Makefile 文件內(nèi)容如下所示：

export ARCH=arm64#設(shè)置平臺架構(gòu)
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-#交叉編譯器前綴
obj-m += dielock.o    #此處要和你的驅(qū)動源文件同名
KDIR :=/home/topeet/Linux/linux_sdk/kernel    #這里是你的內(nèi)核目錄                                                                                                                            
PWD ?= $(shell pwd)
all:
    make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules    #make操作
clean:
    make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean    #make clean操作

對于Makefile的內(nèi)容注釋已在上圖添加，保存退出之后，來到存放dielock.c和Makefile文件目錄下，如下圖（圖22-5）所示：

然后使用命令“make”進行驅(qū)動的編譯，編譯完成如下圖（圖22-6）所示：

編譯完生成dielock.ko目標(biāo)文件，如下圖（圖22-7）所示：

至此驅(qū)動模塊就編譯成功了，下面進行應(yīng)用程序的編譯。

22.3.2 編譯應(yīng)用程序

來到應(yīng)用程序app.c文件的存放路徑如下圖（圖22-8）所示：

然后使用以下命令對app.c進行交叉編譯，編譯完成如下圖（圖22-9）所示：

aarch64-linux-gnu-gcc -o app app.c -static

生成的app文件就是之后放在開發(fā)板上運行的可執(zhí)行文件，至此應(yīng)用程序的編譯就完成了。

22.3.3 運行測試

開發(fā)板啟動之后，使用以下命令進行驅(qū)動模塊的加載，如下圖（圖22-10）所示：

insmod dielock.ko

可以看到申請的主設(shè)備號和次設(shè)備號就被打印了出來，然后使用以下代碼對自動生成的設(shè)備節(jié)點device_test進行查看，如下圖（圖22-11）所示：

 ls /dev/device_test

可以看到device_test節(jié)點已經(jīng)被自動創(chuàng)建了，然后使用以下命令運行app.sh腳本，該腳本會指定CPU在加鎖之后進入內(nèi)核休眠狀態(tài)，如下圖（圖22-12）所示：

./app.sh

? 在指令輸入之后，串口終端無法輸入，引發(fā)了死鎖，進而造成了系統(tǒng)崩潰，所以在編寫驅(qū)動的過程中，要盡可能的避免死鎖的出現(xiàn)。

至此，自旋鎖死鎖驅(qū)動實驗就完成了。
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-703042.html

到了這里，關(guān)于第22章 自旋鎖死鎖實驗（iTOP-RK3568開發(fā)板驅(qū)動開發(fā)指南 ）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！