[Linux] Device driver 동시성 관련 함수 – Semaphore & Mutex

동시성 관련 함수에 대해서 다시 한번 정리하고 가자. Linux device driver 3판, 5장. “동시성과 경쟁 상태” 를 기준으로 정리한다.

공유 자원 접근을 위한 Lock 을 위해서 다음과 같은 것들을 사용한다.

1. 세마포어와 뮤텍스
Critical Section을 정의하기 위해서 세마포어를 사용한다. 일반적으로 P와 V 함수 쌍을 사용하는데, linux 에서는 P함수는 “down”, V 함수를 “up”이라 부른다. 단일 세마포어(공유 자원 개수를 1개로 정의)로 사용할 때 뮤텍스(Mutual Exclusion)라 부른다.

1.1. 세마포어 초기화
<asm/semaphore.h> 를 포함하여야 한다. 관련 Type은 struct semaphore.
1.1.1. 세마포어로 사용할 때 초기화


void sema_init(struct semaphore *sem, int val);

val 은 세마포어에 할당할 초기값.

1.1.2. Mutex로 사용할 때 초기화
정적 초기화


DECLARE_MUTEX(name); // 1로 초기화.
DECLARE_MUTEX_LOCKED(name); // 0으로 초기화.

실행 중 초기화


void init_MUTEX(struct semaphore *sem); // 1로 초기화.
void init_MUTEX_LOCKED(struct semaphore *sem); // 0으로 초기화


1.2. 세마포어 획득하기
세마포어 값을 감소시키고 필요한 만큼 기다린다.


void down(struct semaphore *sem);


세마포어 값을 감소시키고 필요한 만큼 기다리지만, 인터럽트 가능하다. 인터럽트를 받으면 0이 아닌 값을 반환하고, 세마포어를 쥐고 있지 않는다. 때문에 항상 반환값을 확인하여야 한다.


int down_interuptible(struct semaphore *sem);


세마포어를 획득할 수 없다면 바로 0이 아닌 값을 반환한다.


int down_ttylock(struct semaphore *sem);


1.3. 세마포어 반환


void up(struct semaphore *sem);

2. 읽기/쓰기 세마포어
읽기만 수행하는 스레드라면 여럿이 함께 접근해도 된다. 이럴 때 rwsem 이라는 특수 세마포어를 이용한다.
rwsem 을 사용하면 쓰기 스레드 하나가 잡고 있던가 읽기 스레드 여럿이 잡고 있던가 둘 중에 하나가 되는데 우선순위는 쓰기 스레드에게 있다. 쓰기 스레드가 임계구역에 접근하는 순간, 읽기 스레드는 모든 쓰기 스레드가 작업을 끝낼 때까지 기다려야 한다. 그래서 쓰기 스레드가 많을 경우 읽기 스레드가 오랫동안 접근 권한을 얻지 못할 수 있다. 따라서 쓰기 접근이 매우 드물고, 짧은 시간 동안에만 필요한 경우에 적당하다.

2.1. 읽기/쓰기 세마포어 초기화
<linux/resem.h> 를 포함하여야 한다. 관련 타입은 struct rw_semaphore. 런타임에 명시적으로 초기화되어야 한다.


void init_rwsem(struct rw_semaphore *sem);

2.2. 읽기 전용 세마포어 사용
읽기 전용 접근 권한을 제공한다. 다른 읽기 스레드와 동시 참조가 가능하다. 호출 프로세스를 D 상태(인터럽트가 불가능한 잠자기 상태)로 빠뜨릴 수 있다는 사실에 주의한다.


void_down_read(struct rw_semaphore *sem);

읽기를 수행할 수 없을 경우 기다리지 않는다. 접근이 가능하다면 0 이 아닌 값을, 이외에는 0을 반환한다. 다른 커널 함수는 대부분 성공일 때 0을 반환하지만 down_read_ttylock은 반대다.


int down_read_ttylock(struct rw_semaphore *sem);

읽기 전용 세마포어 해제


void up_read(struct rw_semaphore *sem);


2.2. 쓰기 전용 세마포어 사용
down_read 와 동일


void down_write(struct rw_semaphore *sem);

down_read_ttylock 과 동일


int down_write(struct rw_semaphore *sem);

up_read 와 동일


void up_write(struct rw_semaphore *sem);

잠시만 쓰기 락을 걸어 수정하고 한동안은 읽기 권한만 필요하다면


void downgrade_write(struct rw_semaphore *sem);

 

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