Linux 驅動程式的 Semaphore 觀念小談
這二天在進行 Linux 驅動程式的訓練，課程裡談論到 semaphore 可以用來宣告 critical section。在作業系統所述敘的 critical section 觀念中提及，critical section 具備互斥性（mutual exclusive）與單一性（atomic）。對單一性來講，我們必須確保在 critical section 裡不會發生任何的排程（scheduling）動作，wait queue 的使用就是一個例子。Linux kernel 提供的 wait queue 可以讓驅動程式在進行 I/O polling 時，以睡覺（sleep）方式進行，以讓出系統時間；若以 busy-loop 方式進行，是不正確的做法。
所以，sleep 的動作就不能寫在 critical section 裡面，必須先做一個釋放的動作，再呼叫 wait queue 的 API 做睡覺的動作，醒來後再進入 critical section。但是，事情並沒有這麼單純，若是驅動程式的架構設計，能支援多個 minor device，就必須考慮可重覆進入的問題，這個時候，semaphore 的信號燈（semaphore variable）就要放在私有空間裡，Linux 驅動程式用 struct file 裡的 private_data 欄位來實作。對 wait queue 來講，我們也是將 wait queue 變數擺放在私有空間裡。
從互斥性的角度來講，semaphore 的使用可能是要用來保護資料，以避免資源衝突，因此將程式碼互斥。只是，kernel 所提供的睡覺 API，在真正重做排程前，還有對傳入的參數做存取，而這個參數就是擺在私有空間裡的 wait queue，於是便可能仍有同步（race condition）的問題。
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