linux内核模块中printk的奇怪行为答案

【问题标题】：Strange behavior of printk in linux kernel modulelinux内核模块中printk的奇怪行为
【发布时间】：2010-11-06 12:59:53
【问题描述】：

我正在为 linux 内核模块编写代码并在其中遇到奇怪的行为。这是我的代码：

int data = 0;
void threadfn1()
{
    int j;
    for( j = 0; j < 10; j++ )
        printk(KERN_INFO "I AM THREAD 1 %d\n",j);   
    data++;
}

void threadfn2()
{
    int j;
    for( j = 0; j < 10; j++ )
        printk(KERN_INFO "I AM THREAD 2 %d\n",j);
    data++; 
}
static int __init abc_init(void)
{
        struct task_struct *t1 = kthread_run(threadfn1, NULL, "thread1");
        struct task_struct *t2 = kthread_run(threadfn2, NULL, "thread2");
        while( 1 )
        {
        printk("debug\n"); // runs ok
            if( data >= 2 )
            {
                kthread_stop(t1);
                kthread_stop(t2);
                break;
            }
        }
        printk(KERN_INFO "HELLO WORLD\n");

 }

基本上，我试图等待线程完成，然后再打印一些东西。上面的代码确实实现了该目标，但 WITH "printk("debug\n");" 未注释。一旦我注释掉 printk("debug\n"); 以在不调试的情况下运行代码并通过 insmod 命令加载模块，模块就会挂起，似乎它在递归中丢失了。我不为什么 printk 对我的代码有这么大的影响？

任何帮助将不胜感激。

问候。

【问题讨论】：

标签： multithreading linux-kernel printk

【解决方案1】：

您没有同步对数据变量的访问。发生的情况是，编译器将生成一个无限循环。原因如下：

  while( 1 )
        {
            if( data >= 2 )
            {
                kthread_stop(t1);
                kthread_stop(t2);
                break;
            }
        }

编译器可以检测到 data 的值在 while 循环内永远不会改变。因此，它可以完全将检查移出循环，您最终会得到一个简单的

 while (1) {}

如果您插入 printk，编译器必须假设全局变量数据可能会更改（毕竟 - 编译器不知道 printk 的详细操作）因此您的代码将再次开始工作（以一种未定义的行为方式..)

如何解决这个问题：

使用适当的线程同步原语。如果您将对数据的访问包装到受互斥锁保护的代码段中，则该代码将起作用。您也可以替换变量数据并使用计数信号量。

编辑：

此链接解释了 linux-kernel 中的锁定是如何工作的：

http://www.linuxgrill.com/anonymous/fire/netfilter/kernel-hacking-HOWTO-5.html

【讨论】：

【解决方案2】：

删除对printk() 的调用后，编译器将循环优化为while (1);。当您添加对printk() 的调用时，编译器不确定data 是否未更改，因此每次循环都会检查该值。

您可以在循环中插入一个屏障，这会强制编译器在每次迭代时重新评估data。例如：

while (1) {
        if (data >= 2) {
                kthread_stop(t1);
                kthread_stop(t2);
                break;
        }

        barrier();
}

【讨论】：

【解决方案3】：

也许数据应该被声明为易失性？可能是编译器不会去内存循环中获取数据。

【讨论】：

volatile 会有些工作，但这总是一个坏主意，因为您无法确保 data++ 是原子指令。在具有多个线程争夺同一个变量的多处理器系统上，这将为您提供有保证的竞争条件。

【解决方案4】：

Nils Pipenbrinck 的回答很到位。我只是添加一些指针。

Rusty's Unreliable Guide to Kernel Locking（每个内核黑客都应该阅读这篇文章）。
Goodbye semaphores?、The mutex API（lwn.net 文章介绍了 2006 年初引入的新互斥量 API，在此之前，Linux 内核使用信号量作为互斥量）。

另外，由于您的共享数据是一个简单的计数器，您可以只使用 atomic API（基本上，将您的计数器声明为 atomic_t 并使用 atomic_* 函数访问它）。

【讨论】：

【解决方案5】：

易失性可能并不总是“坏主意”。一个需要分开需要 volatile 和互斥的情况需要机制。当一个人使用或误用时，它是非最佳的一种机制，另一种机制。在上述情况下。我会建议为了获得最佳解决方案，需要两种机制：互斥锁提供互斥，volatile 向编译器表明 “信息”必须从硬件中读取。否则，在某些情况（优化 -O2，-O3），编译器可能会不经意间省略所需的代码。

【讨论】：