1. 互斥體介紹

互斥訪問是指一次只有一個線程可以訪問共享資源，不能遞歸申請互斥體。使用互斥體時要注意如下幾點：

• mutex可導致休眠，因此不能在中斷中使用
• mutex保護的臨界區可調用引起阻塞的API函數
• 必須由mutex的持有者釋放mutex，且不能遞歸上鎖和解鎖

Linux 內核使用mutex結構體表示互斥體，結構體定義如下所示：

struct mutex {
    /* 1: unlocked, 0: locked, negative: locked, possible waiters */
    atomic_t count;
    spinlock_t wait_lock;
};

互斥體操作相關API函數如下圖示：

2. 互斥體實例

本實例中使用互斥體來實現對LED設備的互斥訪問，即一次只允許一個應用程序使用LED燈，代碼是在pinctrl與gpio子系統下的字符設備驅動框架一文基礎上完成的

2.1 修改設備樹文件

設備樹文件修改與pinctrl與gpio子系統下的字符設備驅動框架文中的修改方法一樣，不需要做任何修改

2.2 編寫驅動程序

拷貝pinctrl與gpio子系統下的字符設備驅動框架文中的gpioled.c驅動文件，并重命名為mutex.c，對部分代碼進行修改，其余保持不變

在設備結構體中，添加互斥體

struct gpioled_dev{
    dev_t devid;              //設備號
    struct cdev cdev;         //cdev字符設備
    struct class *class;      //類
    struct device *device;    //設備
    int major;                //主設備號
    int minor;                //次設備號
    struct device_node *nd;   //設備節點
    int led_gpio;             //所使用的gpio編號
    struct mutex lock;        //互斥體
};

struct gpioled_dev gpioled;   //定義led設備

打開設備時，獲取互斥體

static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp){
    filp->private_data = &gpioled; //設置私有數據

    if(mutex_lock_interruptible(&gpioled.lock)){
        return -ERESTARTSYS;       //進入休眠后可被信號打斷
    } 
#if 0
    mutex_lock(&gpioled.lock);     //休眠后不能被信號打斷
#endif
    return 0;
}

關閉設備時，釋放互斥鎖

static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp){
    struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
    mutex_unlock(&dev->lock); //釋放互斥鎖
    return 0;
}

驅動入口函數中，對互斥體進行初始化

static int __init led_init(void){
    int ret = 0;
    /* 初始化互斥體 */
    mutex_init(&gpioled.lock);  
    /* 設置 LED 所使用的 GPIO */
    /* 1、獲取設備節點：gpioled */
    gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
    ......
    ......
}

2.3 編寫測試程序

拷貝pinctrl與gpio子系統下的字符設備驅動框架文中的gpioledApp.c測試程序，并重命名為mutexApp.c，添加模擬占用LED的代碼，使測試程序在獲取LED驅動使用權后會持續一段時間，添加如下代碼

while(1){
    sleep(5);
    cnt++;
    printf("App running times: %d\\r\\n",cnt);
    if(cnt >= 5)
        break;
}

2.4 編譯測試

編譯驅動程序：當前目錄下創建Makefile文件，并使用make命令編譯

KERNELDIR := /home/andyxi/linux/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_andyxi
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := mutex.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

編譯測試程序：無需內核參與，直接編譯即可

arm-linux-gnueabihf-gcc mutexApp.c -o mutexApp

運行測試：啟動開發板后，加載驅動模塊，操作LED燈后，相應時間內再次操作LED時，第二個應用程序會進入休眠，等前面的應用程序運行完后，第二個應用程序會接著運行

depmod                       #第一次加載驅動的時候需要運行此命令
modprobe mutex.ko            #加載驅動
# 打開LED后，每隔5秒會輸出一行App running times
./mutexApp /dev/gpioled 1&   # &表示在后臺運行APP

#在LED被占用期間，再次操作LED，會因為獲取互斥體失敗而進入休眠狀態，
#等前一條命令運行完并釋放互斥鎖后才能獲取LED使用權
./mutexApp /dev/gpioled 0