Linux内核里的“智能指针”

Linux内核里的“智能指针”

众所周知，C/C++语言本身并不支持垃圾回收机制，虽然语言本身具有极高的灵活性，但是当遇到大型的项目时，繁琐的内存管理往往让人痛苦异常。现代的C/C++类库一般会提供智能指针来作为内存管理的折衷方案，比如STL的auto_ptr，Boost的Smart_ptr库，QT的QPointer家族，甚至是基于C语言构建的GTK+也通过引用计数来实现类似的功能。Linux内核是如何解决这个问题呢？同样作为C语言的解决方案，Linux内核采用的也是引用计数的方式。如果您更熟悉C++，可以把它类比为Boost的shared_ptr，或者是QT的QSharedPointer。

在Linux内核里，引用计数是通过 struct kref 结构来实现的。在介绍如何使用 kref 之前，我们先来假设一个情景。假如您开发的是一个字符设备驱动，当设备插上时，系统自动建立一个设备节点，用户通过文件操作来访问设备节点。

如上图所示，最左边的绿色框图表示实际设备的插拔动作，中间黄色的框图表示内核中设备对象的生存周期，右边蓝色的框图表示用户程序系统调用的顺序。如果用户程序正在访问的时候设备突然被拔掉，驱动程序里的设备对象是否立刻释放呢？如果立刻释放，用户程序执行的系统调用一定会发生内存非法访问；如果要等到用户 程序close之后再释放设备对象，我们应该怎么来实现？kref就是为了解决类似的问题而生的。

kref的定义非常简单，其结构体里只有一个原子变量。 1. struct kref {

2. atomic_t refcount; 3. };

Linux内核定义了下面三个函数接口来使用kref： 1. void kref_init(struct kref *kref); 2. void kref_get(struct kref *kref);

3. int kref_put(struct kref *kref, void (*release) (struct kref *kref)); 我们先通过一段伪代码来了解一下如何使用kref。

1. struct my_obj 2. {

3. int val;

4. struct kref refcnt; 5. }; 6.

7. struct my_obj *obj; 8.

9. void obj_release(struct kref *ref) 10. {

11. struct my_obj *obj = container_of(ref, struct my_obj, refcnt); 12. kfree(obj); 13. } 14.

15. device_probe() 16. {

17. obj = kmalloc(sizeof(*obj), GFP_KERNEL); 18. kref_init(&obj->refcnt); 19. } 20.

21. device_disconnect() 22. {

23. kref_put(&obj->refcnt, obj_release); 24. } 25.

26. .open() 27. {

28. kref_get(&obj->refcnt); 29. } 30.

31. .close() 32. {

33. kref_put(&obj->refcnt, obj_release); 34. }

在这段代码里，我们定义了obj_release来作为释放设备对象的函数，当引用计数为0时，这个函数会被立刻调用来执行真正的释放动作。我们先在

device_probe里把引用计数初始化为1，当用户程序调用open时，引用计数又会被加1，之后如果设备被拔 掉，device_disconnect会减掉一个计数，但此时refcnt还不是0，设备对象obj并不会被释放，只有当close被调用之 后，obj_release才会执行。

看完伪代码之后，我们再来实战一下。为了节省篇幅，这个实作并没有建立一个字符设备，只是通过模块的加载和卸载过程来对感受一下kref。

1. #include 2. #include 3.

4. struct my_obj { 5. int val;

6. struct kref refcnt; 7. }; 8.

9. struct my_obj *obj; 10.

11. void obj_release(struct kref *ref) 12. {

13. struct my_obj *obj = container_of(ref, struct my_obj, refcnt);

14. printk(KERN_INFO \); 15. kfree(obj); 16. } 17.

18. static int __init kreftest_init(void) 19. {

20. printk(KERN_INFO \);

21. obj = kmalloc(sizeof(*obj), GFP_KERNEL); 22. kref_init(&obj->refcnt); 23. return 0; 24. } 25.

26. static void __exit kreftest_exit(void) 27. {

28. printk(KERN_INFO \); 29. kref_put(&obj->refcnt, obj_release); 30. return;