Linux下产生死锁问题分析

Linux下产生死锁问题分析

死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象。死锁要产生必须具备四个必要条件：1. 互斥条件 2. 请求和保持条件 3.不可剥夺条件  4. 环路等待条件。由于资源占用是互斥的，当某个进程提出申请资源后，使得有关进程在无外力协助下，永远分配不到必需的资源而无法继续运行，这就产生了一种特殊现象死锁。
 
下面举一个Linux环境下产生死锁的程序（首先是驱动部分）：

 
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/sched.h>
 
MODULE_LICENSE("GPL");

#define init_MUTEX(LOCKNAME) sema_init(LOCKNAME,1)

 
#define DEVICE_NAME  "CDEV_ZHU"
static struct class *cdev_class;

struct cdev  dev_c;
dev_t  dev;
 
static ssize_t globalvar_read(struct file *, char *, size_t, loff_t*);
static ssize_t globalvar_write(struct file *, const char *, size_t, loff_t*);
 
struct file_operations globalvar_fops =
{
    read: globalvar_read, write: globalvar_write,
};
 
static int global_var = 0;
static struct semaphore sem;
static wait_queue_head_t outq;
static int flag = 0;
 
static int __init globalvar_init(void)
{
    int ret,err;
    ret = alloc_chrdev_region(&dev,0,1,DEVICE_NAME) ;
    if (ret)
    {
        printk("globalvar register failure");
    }
    else
    {
       
        cdev_init(&dev_c,&globalvar_fops);
       
        err = cdev_add(&dev_c,dev,1);
       
        if(err)
        {
            printk(KERN_NOTICE "error %d adding FC_dev\n",err);
            unregister_chrdev_region(dev, 1);
            return err;
        }
        else
        {
            printk("device register success! \n");
        }
       
        cdev_class = class_create(THIS_MODULE,DEVICE_NAME);
        if(IS_ERR(cdev_class))
        {
            printk("ERR:cannot create a cdev_class\n"); 
            unregister_chrdev_region(dev, 1);
            return -1;
        }
        device_create(cdev_class, NULL, dev, 0, DEVICE_NAME);
       
        init_MUTEX(&sem);
        init_waitqueue_head(&outq);
    }
    return ret;
} 

 
static void __exit globalvar_exit(void)
{
    device_destroy(cdev_class,dev);
    class_destroy(cdev_class);
    unregister_chrdev_region(dev,1);
    printk("globalvar exit \n");
}
 
 
static ssize_t globalvar_read(struct file *filp, char *buf, size_t len, loff_t *off)
{
   
  /*
//正常情况下这里不应该注释，顺序应该是先wait_event_interruptible，再down_interruptible才不会导致死锁
if (wait_event_interruptible(outq, flag != 0))
    {
        return    - ERESTARTSYS;
    }
  */
    if (down_interruptible(&sem))
    {
        return    - ERESTARTSYS;
    }

/*
交换了 down_interruptible 和 wait_event_interruptible 会造成死锁通过添加打印语句，可以发现会打印 “size semaphore”其它的像“wake up”,
global_write()函数中的”write_down”和”waking up” 都不会打印,说明在up(&sem)之后 global_read()会立刻获取该信号量，然后进入睡眠。
*/
    printk(“size semaphore \n”);

    if (wait_event_interruptible(outq, flag != 0))
    {
        return    - ERESTARTSYS;
    }

    printk("wake up !\n");
 
    flag = 0;
    if (copy_to_user(buf, &global_var, sizeof(int)))
    {
        up(&sem);
        return    - EFAULT;
    }
 
    up(&sem);
 
    return sizeof(int);
}
 
static ssize_t globalvar_write(struct file *filp, const char *buf, size_t len, loff_t *off)
{
    if (down_interruptible(&sem))
    {
        return    - ERESTARTSYS;
    }
    if (copy_from_user(&global_var, buf, sizeof(int)))
    {
        up(&sem);
        return    - EFAULT;
    }
    up(&sem);
    flag = 1;
    printk("write done!\n");
    wake_up_interruptible(&outq);
    printk("waking up \n");
    return sizeof(int);
}
 
module_init(globalvar_init);
module_exit(globalvar_exit);

说明：该驱动和前一篇文章“Linux字符驱动中动态分配设备号与动态生成设备节点”中的效果是相同的（见 ），只不过这里使用了信号量对globalvar_write 和 globalvar_read函数进行了阻塞控制，当上层应用程序写入驱动改变globalvar之后，读操作才可以进行。
 
上面代码为什么会出现死锁呢，可以查阅内核中的up()函数的定义：

/*  /kernel/semaphore.c  */
void up(struct semaphore *sem)
{
    unsigned long flags;

    spin_lock_irqsave(&sem->lock, flags);
    if (likely(list_empty(&sem->wait_list)))
        sem->count++;
    else
        __up(sem);
    spin_unlock_irqrestore(&sem->lock, flags);
}

static noinline void __sched  __up(struct semaphore *sem)
{
    struct semaphore_waiter *waiter = list_first_entry(&sem->wait_list,
                        struct semaphore_waiter, list);
    list_del(&waiter->list);
    waiter->up = 1;
    wake_up_process(waiter->task);
}