上一节中介绍了并发和竞态的概念，以及介绍了一些手段用于避免产生竞态，包括信号量、completion机制、自旋锁、原子变量等。

本节我们使用其中的信号量来编写一个简单的示例，来看看这些手段是怎么工作的。

本节主要的内容是：

• 使用信号量

驱动设计

本节我们基于之前的scull设备进行驱动设计，新的驱动设备命名为scull_lock，主要实现以下功能：

• 初始状态下，节点可用的资源数为0，此时如果读取节点，线程会进入等待状态；
• 当往节点中写入数据时，会使得节点的资源数增加1，如果有线程在等待资源，则唤醒该线程；
• 当资源数不为0时，此时读取节点能够返回当前节点中存储的数据。

代码分析

本节基于scull设备来学习信号量示例，因此，拷贝了一份scull设备的源码，命名为scull_lock，并修改了文件中的设备名称和结构体名称。

下面只对部分与信号量相关的代码进行说明，完整源码请看：https://gitee.com/Quehehe/LinuxDeviceDriver

在头文件中，新增代码如下：

......
#include <linux/semaphore.h>
......

struct scull_lock_dev {
    ......
    struct semaphore data_sem;
};

添加了信号量相关的头文件，同时在设备变量中添加了一个data_sem信号量变量。

在读写和初始化中，新增如下代码：

ssize_t scull_read (struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *loff)
{
   ......
    ret = down_interruptible(&dev->data_sem); /* 等待信号量 */
    if (ret != 0) { /* 获取信号量的结果不为0，说明等待被中断，读取失败 */
        printk(KERN_ALERT "down semaphore failed!\n");
        return 0;
    }

   ......
}
ssize_t scull_write (struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *loff)
{
   ......
    up(&dev->data_sem); /* 释放信号量，即表示数据准备好 */
    return size;
}
static int scull_init(void)
{
    ......
    sema_init(&scull_lock_dev.data_sem, 0); /* 初始化信号量的值为0 */
  ......
}

其功能都在后面的注释中有标明，主要是初始化信号量为0，写入节点数据时，会使得信号量加1，读取节点时，会使得信号量减1，如果读取不到数据时，会等待。

需要注意的是，这边的获取信号量我们使用down_interruptible()，也建议大家使用这个函数，因为这个函数获取过程能够被打断，如果直接使用down()函数，将产生一个不可中断的线程。

除此之外，还要一个脚本文件：cat_scull_lock.sh，其内容如下：

#!/bin/bash

chmod 777 /dev/scull_lock0

if (($? != 0)); then
    echo "please insmod /dev/scull_lock0"
    exit
fi

while ((1))
do
    cat /dev/scull_lock0
done

其作用是修改节新增节点的权限为777，然后不断去读取这个节点。

这种情况下，由于没有写入节点，因此，执行该脚本的线程会等待，当写入节点时，该脚本线程会继续执行，读取节点数据并打印出来。即每次往节点中写入数据后，该线程就会打印出写入的数据，然后继续等待下一次输入。

运行结果查看

上面分析了脚本的运行结果，接下来看看实际运行情况是否与我们之前分析的是一样的。

编译得到scull_lock.ko文件，然后加载该模块到系统中，加载成功后如下图所示：

之后使用下面命令运行cat_scull_lock.sh脚本：

sudo ./cat_scull_lock.sh

运行结果如下图所示：

可以看到光标在闪烁，而没有返回，说明线程未结束，处于等待状态。

此时我们通过echo往scull_lock节点中写入数据，看看会是什么情况。

可以看到，往节点中写入数据后，脚本线程立刻打印出来刚刚写入的数据。我们不断写入数据，脚本线程就会不断打印写入的数据，如下图所示：

图片中，左边部分是在不断写入数据，右边部分是脚本线程打印的结果。

因此符合我们的预期。

至此完成了信号量的示例。