Linux内核里的“智能指针” (续)

pulbieup

4 |: s- l7 j1 u, n4 e1 _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。
  [/ z; o: Z9 K/ w' x: \+ |! v* o
+ H" A$ w, s7 d8 p# A7 B规则一：

. q# }# C9 f* v1 B  S" L& J+ B* OIf 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；
& Z/ N9 _& A6 J
1 j0 H$ u1 \2 G9 u% o/ a规则二：
9 |5 v) u% O0 @" A' v
2 B' m& b4 c% G! B/ ^; vWhen you are done with a pointer, you must call kref_put()；
1 H0 i1 A$ U3 o& U& v! h. y( U& h
规则三：

9 p- \: C1 r4 a% I1 R. O8 V$ O3 p: kIf 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().

9 V* q+ j" ]: a+ w1 V
) _) t. L% w; Y
$ R9 W5 v9 U" A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：
7 x4 L, g; V6 N% }( ?

• 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);
  ' G( Q' U' k/ Q5 V/ q

; T- m3 K) T+ r/ h) f  c2 T    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。

: N! m& j, @. g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：
2 G" [4 R' A" Y$ t0 j/ B2 v, J6 O
& v' x5 g* F: i8 T. j

• 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;
• }
  

- E4 k7 @, u. q/ v! \
     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。
) B- t* ]" Y% X+ a0 e8 }/ ?- }' g
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？
% n7 r* w- y$ P6 f1 o, t, Y3 [


$ G7 b3 n' }2 e1 Q- X; h+ b3 u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。
1 Y* \6 q0 v( |, j: t; _% E/ N
8 v' z6 h9 U) j$ X

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：
: s2 |; h2 A! k* `3 }

• 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);
• }
  - N- P, [+ g- B0 Q, @

7 M% p/ S: Y4 i# M) Q6 }    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。


+ z/ ]1 J" A: F6 @* N8 C
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。

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