Linux内核里的“智能指针” (续)

pulbieup · 发表于 2021-4-27 18:12

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在上一篇文章：Linux内核里的“智能指针”里介绍了Linux内核如何使用引用计数来更加安全的管理内存，本文承接前篇，主要介绍几点使用kref时的注意事项。

Linux内核文档kref.txt罗列了三条规则，我们在使用kref时必须遵守。

规则一：

If you make a non-temporary copy of a pointer, especially if it can be passed to another thread of execution, you must increment the refcount with kref_get() before passing it off；

规则二：

When you are done with a pointer, you must call kref_put()；

规则三：

If the code attempts to gain a reference to a kref-ed structure without already holding a valid pointer, it must serialize access where a kref_put() cannot occur during the kref_get(), and the structure must remain valid during the kref_get().

对于规则一，其实主要是针对多条执行路径（比如另起一个线程）的情况。如果是在单一的执行路径里，比如把指针传递给一个函数，是不需要使用kref_get的。看下面这个例子：

kref_init(&obj->ref);
// do something here
// ...
kref_get(&obj->ref);
call_something(obj);
kref_put(&obj->ref);
// do something here
// ...
kref_put(&obj->ref);
8 k1 V6 b8 L" E

您是不是觉得call_something前后的一对kref_get和kref_put很多余呢？obj并没有逃出我们的掌控，所以它们确实是没有必要的。

但是当遇到多条执行路径的情况就完全不一样了，我们必须遵守规则一。下面是摘自内核文档里的一个例子：

struct my_data
{
.
.
struct kref refcount;
.
.
};
void data_release(struct kref *ref)
{
struct my_data *data = container_of(ref, struct my_data, refcount);
kfree(data);
}
void more_data_handling(void *cb_data)
{
struct my_data *data = cb_data;
.
. do stuff with data here
.
kref_put(&data->refcount, data_release);
}
int my_data_handler(void)
{
int rv = 0;
struct my_data *data;
struct task_struct *task;
data = kmalloc(sizeof(*data), GFP_KERNEL);
if (!data)
return -ENOMEM;
kref_init(&data->refcount);
kref_get(&data->refcount);
task = kthread_run(more_data_handling, data, "more_data_handling");
if (task == ERR_PTR(-ENOMEM)) {
rv = -ENOMEM;
goto out;
}
.
. do stuff with data here
.
out:
kref_put(&data->refcount, data_release);
return rv;
}$ C* L% U- n' c/ c. `. d- ?

因为我们并不知道线程more_data_handling何时结束，所以要用kref_get来保护我们的数据。

注意规则一里的那个单词“before"，kref_get必须是在传递指针之前进行，在本例里就是在调用kthread_run之前就要执行kref_get，否则，何谈保护呢？

对于规则二我们就不必多说了，前面调用了kref_get，自然要配对使用kref_put。

规则三主要是处理遇到链表的情况。我们假设一个情景，如果有一个链表摆在你的面前，链表里的节点是用引用计数保护的，那你如何操作呢？首先我们需要获得节点的指针，然后才可能调用kref_get来增加该节点的引用计数。根据规则三，这种情况下我们要对上述的两个动作串行化处理，一般我们可以用mutex来实现。请看下面这个例子：

static DEFINE_MUTEX(mutex);
static LIST_HEAD(q);
struct my_data
{
struct kref refcount;
struct list_head link;
};
static struct my_data *get_entry()
{
struct my_data *entry = NULL;
mutex_lock(&mutex);
if (!list_empty(&q)) {
entry = container_of(q.next, struct my_q_entry, link);
kref_get(&entry->refcount);
}
mutex_unlock(&mutex);
return entry;
}
static void release_entry(struct kref *ref)
{
struct my_data *entry = container_of(ref, struct my_data, refcount);
list_del(&entry->link);
kfree(entry);
}
static void put_entry(struct my_data *entry)
{
mutex_lock(&mutex);
kref_put(&entry->refcount, release_entry);
mutex_unlock(&mutex);
}
$ I) s" S" F# _- b

这个例子里已经用mutex来进行保护了，假如我们把mutex拿掉，会出现什么情况？记住，我们遇到的很可能是多线程操作。如果线程A在用container_of取得entry指针之后、调用kref_get之前，被线程B抢先执行，而线程B碰巧又做的是kref_put的操作，当线程A恢复执行时一定会出现内存访问的错误，所以，遇到这种情况一定要串行化处理。

我们在使用kref的时候要严格遵循这三条规则，才能安全有效的管理数据。

ExxNEN · 发表于 2021-4-27 18:45

Linux内核里的“智能指针” (续)

xiaogegepcb · 发表于 2021-4-28 18:32

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