Linux内核--并发

Posted 2020-09-12 请给我倒杯茶

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为什么会产生并发

1、多个用户同时登陆的时候，他们有可能在任何时刻以任意的组合调用内核代码。

2、smp系统可能同时在不同的处理器上执行你的代码。

3、内核代码是抢占式的，你的程序有可能随时被剥夺掉处理器。

4、设备中断可能导致并发的异步事件。

5、内核也提供了各种延迟代码执行机制，如工作队列等，任务队列和定时器，它可以使你在与当前进程无关的方法中运行代码

并发带来的影响

并发产生了竞争条件，比如两个进程同时访问相同的硬件资源

应对的基本原则是：尽量避免共享数据

如果无法避免那就一定要注意共享的数据。

Linux 的 信号量

#include <linux/semaphore.h>

/*
* Copyright (c) 2008 Intel Corporation
* Author: Matthew Wilcox <[email protected]>
*
* Distributed under the terms of the GNU GPL, version 2
*
* Please see kernel/semaphore.c for documentation of these
functions
*/
#ifndef __LINUX_SEMAPHORE_H
#define __LINUX_SEMAPHORE_H
#include <linux/list.h>
#include <linux/spinlock.h>
/* Please don‘t access any members of this structure directly */
struct semaphore {
    raw_spinlock_t lock;
    unsigned int count;
    struct list_head wait_list;
};
#define __SEMAPHORE_INITIALIZER(name , n)
{
    .lock = __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED((name).lock),
    .count = n,
    .wait_list = LIST_HEAD_INIT((name).wait_list),
} #
define DEFINE_SEMAPHORE(name) struct semaphore name = __SEMAPHORE_INITIALIZER(name , 1)
static inline void sema_init(struct semaphore *sem, int val)
{
    static struct lock_class_key __key;
    *sem = (struct semaphore) __SEMAPHORE_INITIALIZER(*sem, val);
    lockdep_init_map(&sem->lock.dep_map , "semaphore ->lock", &__key , 0);
}
extern void down(struct semaphore *sem);
extern int __must_check down_interruptible(struct semaphore *sem);
extern int __must_check down_killable(struct semaphore *sem);
extern int __must_check down_trylock(struct semaphore *sem);
extern int __must_check down_timeout(struct semaphore *sem, long jiffies);
extern void up(struct semaphore *sem);
#endif /* __LINUX_SEMAPHORE_H */

down方法将信号量的值减一然后等到信号量的值大于等于零继续执行。

down_interruptible跟down类似但是可以被中断，建议使用这个API，只使用down容易造成该线程永远无法退出。

一般的使用方法是：

if (down_interruptible(&sem))
    return -ERESTARTSYS;

读写信号量

一种常见的信号量，针对共享文件，允许多个线程同时读，而读的时候不允许写。在同一时间只允许一个线程写。

#include <linux/rwsem.h>

自旋锁

自旋锁最初是为了SMP系统设计的，实现在多处理器情况下保护临界区。
自旋锁只有两种状态，上锁，未上锁，经常被用来确保一段代码的原子性

spinlock API:

void spin_lock(spinlock_t *lock);
void spin_lock_irqsave(spinlock_t *lock , unsigned long flags);
void spin_lock_irq(spinlock_t *lock);
void spin_lock_bh(spinlock_t *lock);

读写自旋锁

linux内核提供了读写自旋锁，实际上它与读写信号量很相似。

上锁的要求

1、如果你在自己的代码里实现了一个设备锁，而你也要套用到linux内核提供的锁，请先把自己的锁锁上，再把系统的锁锁上。

2、如果你使用信号量和自旋锁，请先down信号量，再使用自旋锁。

3、确保自旋锁内没有其他的锁，以防系统被死锁。