Linux內(nèi)核里的智能指針

如上圖所示，最左邊的綠色框圖表示實(shí)際設(shè)備的插拔動(dòng)作，中間黃色的框圖表示內(nèi)核中設(shè)備對(duì)象的生存周期，右邊藍(lán)色的框圖表示用戶程序系統(tǒng)調(diào)用的順序。如果用戶程序正在訪問(wèn)的時(shí)候設(shè)備突然被拔掉，驅(qū)動(dòng)程序里的設(shè)備對(duì)象是否立刻釋放呢？如果立刻釋放，用戶程序執(zhí)行的系統(tǒng)調(diào)用一定會(huì)發(fā)生內(nèi)存非法訪問(wèn)；如果要等到用戶程序close之后再釋放設(shè)備對(duì)象，我們應(yīng)該怎么來(lái)實(shí)現(xiàn)？kref就是為了解決類似的問(wèn)題而生的。

kref的定義非常簡(jiǎn)單，其結(jié)構(gòu)體里只有一個(gè)原子變量。

struct kref {
	atomic_t refcount;
};

Linux內(nèi)核定義了下面三個(gè)函數(shù)接口來(lái)使用kref：

void kref_init(struct kref *kref);
void kref_get(struct kref *kref);
int kref_put(struct kref *kref, void (*release) (struct kref *kref));

我們先通過(guò)一段偽代碼來(lái)了解一下如何使用kref。

struct my_obj
{
	int val;
	struct kref refcnt;
};

struct my_obj *obj;

void obj_release(struct kref *ref) 
{
	struct my_obj *obj = container_of(ref, struct my_obj, refcnt);
	kfree(obj);
}

device_probe() 
{
	obj = kmalloc(sizeof(*obj), GFP_KERNEL);
	kref_init(&obj->refcnt);
}

device_disconnect() 
{
	kref_put(&obj->refcnt, obj_release);
}

.open() 
{
	kref_get(&obj->refcnt);
}

.close() 
{
	kref_put(&obj->refcnt, obj_release);
}

在這段代碼里，我們定義了obj_release來(lái)作為釋放設(shè)備對(duì)象的函數(shù)，當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，這個(gè)函數(shù)會(huì)被立刻調(diào)用來(lái)執(zhí)行真正的釋放動(dòng)作。我們先在device_probe里把引用計(jì)數(shù)初始化為1，當(dāng)用戶程序調(diào)用open時(shí)，引用計(jì)數(shù)又會(huì)被加1，之后如果設(shè)備被拔掉，device_disconnect會(huì)減掉一個(gè)計(jì)數(shù)，但此時(shí)refcnt還不是0，設(shè)備對(duì)象obj并不會(huì)被釋放，只有當(dāng)close被調(diào)用之后，obj_release才會(huì)執(zhí)行。

看完偽代碼之后，我們?cè)賮?lái)實(shí)戰(zhàn)一下。為了節(jié)省篇幅，這個(gè)實(shí)作并沒(méi)有建立一個(gè)字符設(shè)備，只是通過(guò)模塊的加載和卸載過(guò)程來(lái)對(duì)感受一下kref。

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>

struct my_obj {
        int val;
        struct kref refcnt;
};

struct my_obj *obj;

void obj_release(struct kref *ref)
{
        struct my_obj *obj = container_of(ref, struct my_obj, refcnt);
        printk(KERN_INFO "obj_release\n");
        kfree(obj);
}

static int __init kreftest_init(void)
{
        printk(KERN_INFO "kreftest_init\n");
        obj = kmalloc(sizeof(*obj), GFP_KERNEL);
        kref_init(&obj->refcnt);
        return 0;
}

static void __exit kreftest_exit(void)
{
        printk(KERN_INFO "kreftest_exit\n");
        kref_put(&obj->refcnt, obj_release);
        return;
}

module_init(kreftest_init);
module_exit(kreftest_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

通過(guò)kbuild編譯之后我們得到kref_test.ko，然后我們順序執(zhí)行以下命令來(lái)掛載和卸載模塊。

sudo insmod ./kref_test.ko

sudo rmmod kref_test

此時(shí)，系統(tǒng)日志會(huì)打印出如下消息：

kreftest_init

kreftest_exit

obj_release

這正是我們預(yù)期的結(jié)果。

有了kref引用計(jì)數(shù)，即使內(nèi)核驅(qū)動(dòng)寫的再?gòu)?fù)雜，我們對(duì)內(nèi)存管理也應(yīng)該有信心了吧。

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