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外观

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一、什么是引用计数器 ​

定义

引用计数器是一种管理内存的方法，简单来说就是：

  1. 创建：当一个东西（比如数据或资源）被创建时，系统会悄悄给它记个数，初始值是 1。
  2. 增加：每当有新的地方需要用到这个东西时，就给这个数加 1。
  3. 减少：当某个地方不再需要这个东西时，就给这个数减 1。
  4. 释放：如果这个数最后变成了 0，说明没有任何地方在用了，系统就会自动把它彻底清理掉，腾出空间。

举个例子：就像借书时的登记表。每借一次就在书名旁打个勾，还回来就划掉一个。当所有勾都划完（数量为 0），这本书就可以从登记表里彻底移除了。

image.png

二、引用计数器 kref 介绍 ​

kref 其实就是一个简单的结构体，定义在 include/linux/kref.h 文件里。这个结构体里存着一个整数（int 类型），用来记录有多少地方在使用某个对象。每当引用计数减少到零时，就说明没有程序在使用这个对象了，这时系统就会自动释放它占用的资源。

c
struct kref {
    refcount_t refcount;
};

typedef struct {
    atomic_t refs;
} refcount_t;

typedef struct {
    int counter;
} atomic_t;

在使用引用计数器时， 通常会将结构体 kref 嵌入到其他结构体中， 例如 struct kobject， 以实现引用计数的管理。 如下所示：

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struct kobject 通常会包含一个嵌入的 kref 结构体。这样可以通过操作这个 kref 结构体来管理 kobject 的引用计数：当引用计数值降到 0 时，系统就会自动释放相关资源。

例如设备节点结构体 device_node 也采用了这种机制：

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三、常用 API 函数 ​

kref_init() 函数 ​

  • 作用：初始化一个 kref 对象。
  • 注意：必须在使用前调用，初始化时计数器的值设为 1。
  • 原理：通过 refcount_set() 直接设置计数器为 1。

kref_get() 函数 ​

  • 作用：增加 kref 的计数器值。
  • 操作：每次调用 计数器加 1。
  • 原理：通过 refcount_inc() 让计数器增 1。

kref_put() 函数 ​

  • 作用：减少 kref 的计数器值，若计数器归零则执行资源释放操作。
  • 步骤：
    1. 计数器减 1；
    2. 如果计数器变为 0，则调用传入的 release 函数（通常用来释放内存或资源）；
    3. 返回值：
      • 1：表示计数器已归零并触发释放；
      • 0：计数器未归零，未触发释放。
  • 参数：
    • kref：要操作的对象；
    • release：计数器归零时执行的回调函数。

refcount_set() 函数 ​

  • 作用：直接设置 kref 的计数器值。
  • 参数：
    • r：要设置的计数器对象；
    • n：新值（如设为 3 则计数器变为 3）。
  • 用途：通常在特殊场景下手动调整计数器，但需谨慎使用。

总结

  • 初始化：kref_init() → 计数器设为 1。
  • 增加计数：kref_get() → 计数器 +1。
  • 减少计数：kref_put() → 计数器 -1，归零时触发释放。
  • 直接设置计数：refcount_set() → 强制设为指定值。

关键点

  • 引用计数用于管理对象的生命周期，确保资源在最后引用消失时被释放。
  • release 函数是用户自定义的清理逻辑（如 free() 内存）。
  • 操作必须成对使用（如 kref_get() 和 kref_put()），否则可能导致内存泄漏或崩溃。

四、引用计数器实验 ​

源代码下载：git clone git@gitee.com:yangxuesong314/linux-driver.git（若之前已 git 拉取代码可以忽略）

代码位于：linux-driver/02.Linux设备模型/02.什么是引用计数器实验

这段代码用于定义并初始化两个自定义内核对象 mykobject01 和 mykobject02， 并将它们添加到一个自定义内核对象集合 mykset 中。

c
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/configfs.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/kobject.h>

// 定义了三个kobject指针变量：mykobject01、mykobject02、mykobject03
struct kobject *mykobject01;
struct kobject *mykobject02;
struct kobject *mykobject03;

// 定义了一个kobj_type结构体变量mytype，用于描述kobject的类型。
struct kobj_type mytype;
// 模块的初始化函数
static int mykobj_init(void)
{
    int ret;
    // 创建kobject的第一种方法
    // 创建并添加了名为"mykobject01"的kobject对象，父kobject为NULL
    mykobject01 = kobject_create_and_add("mykobject01", NULL);
    printk("mykobject01 kref is %d\n", mykobject01->kref.refcount.refs.counter);

    // 创建并添加了名为"mykobject02"的kobject对象，父kobject为mykobject01。
    mykobject02 = kobject_create_and_add("mykobject02", mykobject01);
    printk("mykobject01 kref is %d\n", mykobject01->kref.refcount.refs.counter);
    printk("mykobject02 kref is %d\n", mykobject02->kref.refcount.refs.counter);
    // 创建kobject的第二种方法
    // 1 使用kzalloc函数分配了一个kobject对象的内存
    mykobject03 = kzalloc(sizeof(struct kobject), GFP_KERNEL);
    // 2 初始化并添加到内核中，名为"mykobject03"。
    ret = kobject_init_and_add(mykobject03, &mytype, NULL, "%s", "mykobject03");
    printk("mykobject03 kref is %d\n", mykobject03->kref.refcount.refs.counter);
    return 0;
}

// 模块退出函数
static void mykobj_exit(void)
{

    printk("mykobject01 kref is %d\n", mykobject01->kref.refcount.refs.counter);
    printk("mykobject02 kref is %d\n", mykobject02->kref.refcount.refs.counter);
    printk("mykobject03 kref is %d\n", mykobject03->kref.refcount.refs.counter);
    // 释放了之前创建的kobject对象
    kobject_put(mykobject01);
    printk("mykobject01 kref is %d\n", mykobject01->kref.refcount.refs.counter);
    printk("mykobject02 kref is %d\n", mykobject02->kref.refcount.refs.counter);
    printk("mykobject03 kref is %d\n", mykobject03->kref.refcount.refs.counter);
    kobject_put(mykobject02);
    printk("mykobject01 kref is %d\n", mykobject01->kref.refcount.refs.counter);
    printk("mykobject02 kref is %d\n", mykobject02->kref.refcount.refs.counter);
    printk("mykobject03 kref is %d\n", mykobject03->kref.refcount.refs.counter);
    kobject_put(mykobject03);
    printk("mykobject01 kref is %d\n", mykobject01->kref.refcount.refs.counter);
    printk("mykobject02 kref is %d\n", mykobject02->kref.refcount.refs.counter);
    printk("mykobject03 kref is %d\n", mykobject03->kref.refcount.refs.counter);
}

module_init(mykobj_init); // 指定模块的初始化函数
module_exit(mykobj_exit); // 指定模块的退出函数

MODULE_LICENSE("GPL");   // 模块使用的许可证

实验：

insmod kref.ko 加载后显示如下： 图 0