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一、模塊使用計(jì)數(shù)的背景知識(shí)
模塊是一種可以在內(nèi)核運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)加載、卸載的內(nèi)核功能組件。2.6內(nèi)核中模塊的命名方式為*.ko。模塊在被使用時(shí)，是不允許被卸載的。編程時(shí)需要用“使用計(jì)數(shù)”來描述模塊是否在被使用。
二、2.4內(nèi)核使用計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法
2.4內(nèi)核中，模塊自身通過 MOD_INC_USE_COUNT， MOD_DEC_USE_COUNT宏來管理自己被使用的計(jì)數(shù)。通常我們?cè)趯懩K時(shí)，會(huì)在open方法中加入MOD_INC_USE_COUNT，在close方法中加入MOD_DEC_USE_COUNT來實(shí)現(xiàn)使用計(jì)數(shù)。
三、2.6內(nèi)核使用計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法
2.6內(nèi)核提供了更健壯、靈活的模塊計(jì)數(shù)管理接口 try_module_get（&module）， module_put（&module）取代2.4中的模塊使用計(jì)數(shù)管理宏。模塊的使用計(jì)數(shù)不必由自身管理，而且在管理模塊使用計(jì)數(shù)時(shí)考慮到SMP與PREEMPT機(jī)制的影響（參考module.h中try_module_get和module.c中module_put的實(shí)現(xiàn)）。
int try_module_get（struct module *module）; 用于增加模塊使用計(jì)數(shù)；若返回為0，表示調(diào)用失敗，希望使用的模塊沒有被加載或正在被卸載中。
void module_put（struct module *module）; 減少模塊使用計(jì)數(shù)。
try_module_get與module_put 的引入與使用與2.6內(nèi)核下的設(shè)備模型密切相關(guān)。2.6內(nèi)核為不同類型的設(shè)備定義了struct module *owner 域，用來指向管理此設(shè)備的模塊。如字符設(shè)備的定義：
struct cdev
{
struct kobject kobj;
struct module *owner;
struct file_operations *ops;
struct list_head list;
dev_t dev;
unsigned int count;
};
struct file_operations {
struct module *owner;
loff_t （*llseek） （struct file *， loff_t， int）;
ssize_t （*read） （struct file *， char __user *， size_t， loff_t *）;
ssize_t （*write） （struct file *， const char __user *， size_t， loff_t *）;
……
};
從設(shè)備使用的角度出發(fā)，當(dāng)需要打開、開始使用某個(gè)設(shè)備時(shí)，使用 try_module_get（dev-》owner）去增加管理此設(shè)備的 owner模塊的使用計(jì)數(shù)；當(dāng)關(guān)閉、不再使用此設(shè)備時(shí)，使用module_put（dev-》owner）減少對(duì)管理此設(shè)備的owner模塊的使用計(jì)數(shù)。這樣，當(dāng)設(shè)備在使用時(shí)，管理此設(shè)備的模塊就不能被卸載；只有設(shè)備不再使用時(shí)模塊才能被卸載。
2.6內(nèi)核下，對(duì)于為具體設(shè)備寫驅(qū)動(dòng)的開發(fā)人員而言，基本無需使用 try_module_get與module_put，因?yàn)榇藭r(shí)開發(fā)人員所寫的驅(qū)動(dòng)通常為支持某具體設(shè)備的owner模塊，對(duì)此設(shè)備owner模塊的計(jì)數(shù)管理由內(nèi)核里更底層的代碼如總線驅(qū)動(dòng)或是此類設(shè)備共用的核心模塊來實(shí)現(xiàn)，從而簡(jiǎn)化了設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)。
四、舉例說明2.6內(nèi)核模塊使用計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)過程
舉一個(gè)2.6內(nèi)核下字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)編寫的例子來說明問題。在2.6內(nèi)核下編寫一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)時(shí)，初始化過程中大家都會(huì)看到如下的模板：
static struct file_operations simple_remap_ops = {
.owner = THIS_MODULE，
.open = simple_open，
……
};
static void simple_setup_cdev（struct cdev *dev， int minor，
struct file_operations *fops）
{
int err， devno = MKDEV（simple_major， minor）;
cdev_init（dev， fops）;
dev-》owner = THIS_MODULE;
err = cdev_add （dev， devno， 1）;
/* Fail gracefully if need be */
if （err）
printk （KERN_NOTICE “Error %d adding simple%d”， err， minor）;
}
無論是cdev還是file_operations都將自己的struct module *owner成員指向了THIS_MODULE。那么這個(gè)THIS_MODULE 是什么呢？
內(nèi)核源碼目錄下include/linux/module.h
#ifdef MODULE
#define MODULE_GENERIC_TABLE（gtype，name） /
extern const struct gtype##_id __mod_##gtype##_table /
__attribute__ （（unused， alias（__stringify（name））））
extern struct module __this_module;
#define THIS_MODULE （&__this_module）
#else /* ！MODULE */
#define MODULE_GENERIC_TABLE（gtype，name）
#define THIS_MODULE （（struct module *）0）
#endif
__this_module這個(gè)符號(hào)是在加載到內(nèi)核后才產(chǎn)生的。insmod命令執(zhí)行后，會(huì)調(diào)用kernel/module.c里的一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用 sys_init_module，它會(huì)調(diào)用load_module函數(shù)，將用戶空間傳入的整個(gè)內(nèi)核模塊文件創(chuàng)建成一個(gè)內(nèi)核模塊，并返回一個(gè)struct module結(jié)構(gòu)體，從此，內(nèi)核中便以這個(gè)結(jié)構(gòu)體代表這個(gè)內(nèi)核模塊。THIS_MODULE類似進(jìn)程的CURRENT。
struct module
{……
struct module_ref ref［NR_CPUS］;
}
struct module_ref
{
local_t count;//記錄模塊使用計(jì)數(shù)
} ____cacheline_aligned;
現(xiàn)在咱們就看看內(nèi)核是如何幫助我們完成使用計(jì)數(shù)的。
在2.4內(nèi)核中，我們是通過在open方法中增加引用計(jì)數(shù)，在close方法中減少引用計(jì)數(shù)。在2.6內(nèi)核中，內(nèi)核肯定也是要在open、close時(shí)幫助我們實(shí)現(xiàn)同樣功能的。
打開字符設(shè)備的大體流程如下：
sys_open（）-》do_sys_open（）-》do_filp_open（）-》nameidata_to_filp（） -》__dentry_open（）-》chrdev_open（）-》open（）
2.6內(nèi)核中并不要求模塊在open中顯示的實(shí)現(xiàn)使用計(jì)數(shù)，真正使用模塊使用計(jì)數(shù)是在chrdev_open（）中完成的。
內(nèi)核源碼fs/char_dev.c
static int chrdev_open（struct inode *inode， struct file *filp）
{
struct cdev *p;
……
cdev_get（p）； //增加cdev中owner指向的module的使用計(jì)數(shù)
……
filp-》f_op = fops_get（p-》ops）;}// 增加file_operations中owner指向的module的使用計(jì)數(shù)
if （filp-》f_op-》open） {
lock_kernel（）;
ret = filp-》f_op-》open（inode，filp）;//調(diào)用到設(shè)備驅(qū)動(dòng)中的open
unlock_kernel（）;
}
}
static struct kobject *cdev_get（struct cdev *p）
{
struct module *owner = p-》owner;
……
if （owner && ！try_module_get（owner））
return NULL;
……
}
內(nèi)核源碼Include/linux/fs.h
#define fops_get（fops） /
?。ǎǎ╢ops） && try_module_get（（fops）-》owner） ？ （fops） ： NULL））
關(guān)閉設(shè)備的大體流程
sys_close（）-》filp_close（）-》fput（）-》__fput（）-》release（）
2.6內(nèi)核中并不要求模塊在release中顯示的實(shí)現(xiàn)使用計(jì)數(shù)，真正使用模塊使用計(jì)數(shù)是在__fput（）中完成的。
void __fput（struct file *file）
{
struct dentry *dentry = file-》f_path.dentry;
struct vfsmount *mnt = file-》f_path.mnt;
struct inode *inode = dentry-》d_inode;
if （file-》f_op && file-》f_op-》release）
file-》f_op-》release（inode， file）;//調(diào)用到設(shè)備驅(qū)動(dòng)中的release
……
cdev_put（inode-》i_cdev）; //減少cdev中owner指向的module的使用計(jì)數(shù)
……
fops_put（file-》f_op）;// 減少file_operations中owner指向的module的使用計(jì)數(shù)
……
}
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