• 原子访问、自旋锁、互斥锁、信号量


    引起同步的原因有很多,比如:多CPU,多任务,中断等。

    内核防止竞争状态(有一段代码中间被打断了)的常用手段:原子访问、自旋锁、互斥锁、信号量

    原子访问:automic_t,整个访问过程不能被打断,一步执行完。主要用来做计数,

    互斥锁和信号量

    互斥锁:其实就是一种等待锁,就像平常去卫生间一样,进去后要上锁,其他人会在一直等待(类似等待队列),当从卫生间出来解锁后,下一个人才能进去。这样的话就保证不再同时访问了。在等的时候可以把CPU让出来让别人用

    上锁

    mutex_lock:别人上锁期间,自己不能被打断,即不能从等待队列里跳出;mutex_lock_interruptible:别人上锁期间,可以被打断从等待队列里跳出来(如不想再等了);

    解锁

    mutex_unlock

    信号量:semaphore,用的时候先定义一个信号量变量,如struct semaphore lock,然后再用函数去初始化这个信号量为一个值,然后用的时候去一次一次的减一。

    和互斥锁很相似(互斥锁是一种特殊的信号量,只能被打开一次,A去打开了B就不能打开了,这就叫互斥。初始化值为1的信号量便是一个互斥锁),互斥锁的出现比信号量晚,实现上比信号量优秀,尽量使用互斥锁。

    自旋锁:在等待地过程中,不会把CPU让出来,是在多核CPU的这个年代被发明的,专门应对多核CPU和抢占式内核的

    自旋锁和信号量的使用要点

    在等待时间需要很长地情况下常用信号量,等待时间段地情况下用自旋锁
    (1)当自旋锁处于闲置状态没人用的状态时会获锁成功,但是获取自旋锁失败的话,就会被迫在锁上自旋(自旋就是获锁失败,自己的代码走不了了,在原地打转,等别人把该锁释放了才能走),因此自旋锁不能递归(递归就是获取锁成功后,再次去获锁,这样肯定会失败,处于自旋,因为这个锁已经被自己获取了)。
    (2)自旋锁可以用在中断上下文(信号量不可以,因为可能睡眠),但是在中断上下文中获取自旋锁之前要先禁用本地中断。(在进程上下文中是可以交出CPU睡眠的,因为在被调度走的时候,调度系统可以把当前状态保存下来,等下一次CPU轮过来的时候,该进程还能继续执行。而中断上下文时不参与进程调度的,中断处理程序一旦开始就必须运行完,若它要是没运行完就把CPU交出去,就再也回不来了。因此中断上下文中若中断没处理完就一定不能丢CPU)
    (3)自旋锁的核心要求是:拥有自旋锁的代码必须不能睡眠(睡眠会把CPU让出来),要一直持有CPU直到释放自旋锁
    (4)信号量和读写信号量适合于保持时间较长的情况,它们会导致调用者睡眠,因此只能在进程上下文使用,而自旋锁适合于保持时间非常短的情况,它可以在任何上下文使用。如果被保护的共享资源只在进程上下文访问,使用信号量保护该共享资源非常合适,如果对共享资源的访问时间非常短,自旋锁也可以。但是如果被保护的共享资源需要在中断上下文访问(包括底半部即中断处理句柄和顶半部即软中断),就必须使用自旋锁。自旋锁保持期间是抢占失效的,而信号量和读写信号量保持期间是可以被抢占的。自旋锁只有在内核可抢占或SMP(多处理器)的情况下才真正需要,在单CPU且不可抢占的内核下,自旋锁的所有操作都是空操作。

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