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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中方案，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。
view sourceprint？
1struct kref { 2 atomic_t refcount；3}；Linux内核定义了下面三个函数接口来使用kref：view sourceprint？
1void kref_init（struct kref *kref）；2void kref_get（struct kref *kref）；3int 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. view sourceprint？
01struct my_obj 02{ 03 int val；04 struct kref refcnt；05}；06 07struct my_obj *obj；08 09void obj_release（struct kref *ref）
10{ 11 struct my_obj *obj = container_of（ref， struct my_obj， refcnt）；12 kfree（obj）；13} 14 15device_probe（）
16{ 17 obj = kmalloc（sizeof（*obj）， GFP_KERNEL）；18 kref_init（&obj->refcnt）；19} 20 21device_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. view sourceprint？
01#include <linux/kernel.h> 02#include <linux/module.h> 03 04struct my_obj { 05 int val；06 struct kref refcnt；07}；08 09struct my_obj *obj；10 11void obj_release（struct kref *ref）
12{ 13 struct my_obj *obj = container_of（ref， struct my_obj， refcnt）；14 printk（KERN_INFO “obj_release\n”）；15 kfree（obj）；16} 17 18static int __init kreftest_init（void）
19{ 20 printk（KERN_INFO “kreftest_init\n”）；21 obj = kmalloc（sizeof（*obj）， GFP_KERNEL）；22 kref_init（&obj->refcnt）；23 return 0；24} 25 26static void __exit kreftest_exit（void）
27{ 28 printk（KERN_INFO “kreftest_exit\n”）；29 kref_put（&obj->refcnt， obj_release）；30 return；31} 32 33module_init（kreftest_init）；34module_exit（kreftest_exit）；35 36MODULE_LICENSE（”GPL”）；通过kbuild编译之后我们得到kref_test.ko，然后我们顺序执行以下命令来挂载和卸载模块。
sudo insmod ./kref_test.ko sudo rmmod kref_test此时，系统日志会打印出如下消息：kreftest_init kreftest_exit obj_release这正是我们预期的结果。
有了kref引用计数，即使内核驱动写的再复杂，我们对内存管理也应该有信心了吧。
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：view sourceprint？
01kref_init（&obj->ref）；02 03// do something here 04// ……
05 06kref_get（&obj->ref）；07call_something（obj）；08kref_put（&obj->ref）；09 10// do something here 11// ……
12 13kref_put（&obj->ref）；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：view sourceprint？
01struct my_data 02{ 03 . 04 . 05 struct kref refcount；06 . 07 . 08}；09 10void data_release（struct kref *ref）
11{ 12 struct my_data *data = container_of（ref， struct my_data， refcount）；13 kfree（data）；14} 15 16void more_data_handling（void *cb_data）
17{ 18 struct my_data *data = cb_data；19 . 20 . do stuff with data here 21 . 22 kref_put（&data->refcount， data_release）；23} 24 25int my_data_handler（void）
26{ 27 int rv = 0；28 struct my_data *data；29 struct task_struct *task；30 data = kmalloc（sizeof（*data）， GFP_KERNEL）；31 if （！data）
32 return -ENOMEM；33 kref_init（&data->refcount）；34 35 kref_get（&data->refcount）；36 task = kthread_run（more_data_handling， data， “more_data_handling”）；37 if （task == ERR_PTR（-ENOMEM）） { 38 rv = -ENOMEM；39 goto out；40 } 41 42 . 43 . do stuff with data here 44 . 45 out：46 kref_put（&data->refcount， data_release）；47 return rv；48}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：view sourceprint？
01static DEFINE_MUTEX（mutex）；02static LIST_HEAD（q）；03struct my_data 04{ 05 struct kref refcount；06 struct list_head link；07}；08 09static struct my_data *get_entry（）
10{ 11 struct my_data *entry = NULL；12 mutex_lock（&mutex）；13 if （！list_empty（&q）） { 14 entry = container_of（q.next， struct my_q_entry， link）；15 kref_get（&entry->refcount）；16 } 17 mutex_unlock（&mutex）；18 return entry；19} 20 21static void release_entry（struct kref *ref）
22{ 23 struct my_data *entry = container_of（ref， struct my_data， refcount）；24 25 list_del（&entry->link）；26 kfree（entry）；27} 28 29static void put_entry（struct my_data *entry）
30{ 31 mutex_lock（&mutex）；32 kref_put（&entry->refcount， release_entry）；33 mutex_unlock（&mutex）；34}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。
继续期待我的下一个旅行，拿起背包，