LDD3学习笔记（8）：并发和竞争

在计算机世界，百万分之一的事情会在几秒钟发生，并且问题的结果是严重的！

1、并发的管理

SMP（SymmetricalMulti-Processing）对称多处理机。

竞争情况来自对共享资源的存取。

存取管理的常用技术是加锁或者互斥。

2、旗标的互斥体

当一个进程到了无法做进一步处理的时候，它就去睡眠（阻塞），让出处理器给别人知道以后某个时间它能够再做其他事情。

旗标是一个单个整型值，结合一对函数，成为P和V，一个想要进入临界区的进程将在旗标上调用P，如果旗标的值大于0，这个值递减1并且进程继续，相反，如果旗标的值是0，进程必须等待直到别的进程释放旗标，解锁一个旗标通过调用V完成，这个函数递增旗标的值，如果需要，唤醒等待的进程。

旗标的使用需要包含<asm/semaphore.h>,相关类型是structsemaphore，直接创建一个旗标，使用sema_init来设定它：

Voidsema_init(structsemaphore*sem,intval);

这里val是安排给旗标的初始值。

互斥锁模式的旗标：

DECLARE_MUTEX(name);

DECLARE_MUTEX_LOCKED(name);

这里name是一个旗标变量，前面是初始化为1，后面是初始化为0。

互斥锁在运行时初始化使用下面中的一个：

Voidinit_MUTEX(structsemaphore*sem);

Voidinit_MUTEX_LOCKED(structsemaphore*sem);

3、completions（实现）机制

completion是任务使用的一个轻量级机

制:允许一个线程告诉另一个线程工作已经完成。

completion机制的典型使用是在模块退出时与内核线程的终止一起，当模块准备好被清理时,exit函数告

知线程退出并且等待结束.为此目的,内核包含一个特殊的函数给线程使用:

voidcomplete_and_exit(structcompletion*c,longretval);

4、自旋锁

一个自旋锁是一个互斥设备,只能有2个值:"上锁"和"解锁".它常常实现为一个整数值中的一个单个位.想获取一个特殊锁的代码则测试相关的位.如果锁是可用的,这个"上锁"位被置位并且代码继续进入临界区.相反,如果这个锁已经被别人获得,代码进入一个紧凑的循环中反复检查这个锁,直到它变为可用.这个循环就是自旋锁的"自旋"部分。

5、快速参考

本章已介绍了很多符号给并发的管理.最重要的这些在此总结:

#include<asm/semaphore.h>

定义旗标和其上操作的包含文件.

DECLARE_MUTEX(name);

DECLARE_MUTEX_LOCKED(name);

2个宏定义,用来声明和初始化一个在互斥模式下使用的旗标.

voidinit_MUTEX(structsemaphore*sem);

voidinit_MUTEX_LOCKED(structsemaphore*sem);

这2函数用来在运行时初始化一个旗标.

voiddown(structsemaphore*sem);

intdown_interruptible(structsemaphore*sem);

intdown_trylock(structsemaphore*sem);

voidup(structsemaphore*sem);

加锁和解锁旗标.down使调用进程进入不可打断睡眠,如果需要;down_interruptible,相反,可以被信号打断.down_trylock不睡眠;相反,它立刻返回如果旗标不可用.加锁旗标的代码必须最终使用up解锁它.

structrw_semaphore;

init_rwsem(structrw_semaphore*sem);

旗标的读者/写者版本和初始化它的函数.

voiddown_read(structrw_semaphore*sem);

intdown_read_trylock(structrw_semaphore*sem);

voidup_read(structrw_semaphore*sem);

获得和释放对读者/写者旗标的读存取的函数.

voiddown_write(structrw_semaphore*sem);

intdown_write_trylock(structrw_semaphore*sem);

voidup_write(structrw_semaphore*sem);

voiddowngrade_write(structrw_semaphore*sem);

管理对读者/写者旗标写存取的函数.

#include<linux/completion.h>

DECLARE_COMPLETION(name);

init_completion(structcompletion*c);

INIT_COMPLETION(structcompletionc);

描述Linuxcompletion机制的包含文件,已经初始化completion的正常方法.

INIT_COMPLETION应当只用来重新初始化一个之前已经使用过的completion.

voidwait_for_completion(structcompletion*c);

等待一个completion事件发出.

voidcomplete(structcompletion*c);

voidcomplete_all(structcompletion*c);

发出一个completion事件.completion唤醒,最多,一个等待着的线程,而complete_all唤醒全

部等待者.

voidcomplete_and_exit(structcompletion*c,longretval);

通过调用complete来发出一个completion事件,并且为当前线程调用exit.

#include<linux/spinlock.h>

spinlock_tlock=SPIN_LOCK_UNLOCKED;

spin_lock_init(spinlock_t*lock);

定义自旋锁接口的包含文件,以及初始化锁的2个方法.

voidspin_lock(spinlock_t*lock);

voidspin_lock_irqsave(spinlock_t*lock,unsignedlongflags);

voidspin_lock_irq(spinlock_t*lock);

voidspin_lock_bh(spinlock_t*lock);

加锁一个自旋锁的各种方法,并且,可能地,禁止中断.

intspin_trylock(spinlock_t*lock);

intspin_trylock_bh(spinlock_t*lock);

上面函数的非自旋版本;在获取锁失败时返回0,否则非零.

voidspin_unlock(spinlock_t*lock);

voidspin_unlock_irqrestore(spinlock_t*lock,unsignedlongflags);

voidspin_unlock_irq(spinlock_t*lock);

voidspin_unlock_bh(spinlock_t*lock);

释放一个自旋锁的相应方法.

rwlock_tlock=RW_LOCK_UNLOCKED

rwlock_init(rwlock_t*lock);

初始化读者/写者锁的2个方法.

voidread_lock(rwlock_t*lock);

voidread_lock_irqsave(rwlock_t*lock,unsignedlongflags);

voidread_lock_irq(rwlock_t*lock);

voidread_lock_bh(rwlock_t*lock);

获得一个读者/写者锁的读存取的函数.

voidread_unlock(rwlock_t*lock);

voidread_unlock_irqrestore(rwlock_t*lock,unsignedlongflags);

voidread_unlock_irq(rwlock_t*lock);

voidread_unlock_bh(rwlock_t*lock);

释放一个读者/写者自旋锁的读存取.

voidwrite_lock(rwlock_t*lock);

voidwrite_lock_irqsave(rwlock_t*lock,unsignedlongflags);

voidwrite_lock_irq(rwlock_t*lock);

voidwrite_lock_bh(rwlock_t*lock);

获得一个读者/写者锁的写存取的函数.

voidwrite_unlock(rwlock_t*lock);

voidwrite_unlock_irqrestore(rwlock_t*lock,unsignedlongflags);

voidwrite_unlock_irq(rwlock_t*lock);

voidwrite_unlock_bh(rwlock_t*lock);

释放一个读者/写者自旋锁的写存取的函数.

#include<asm/atomic.h>

atomic_tv=ATOMIC_INIT(value);

voidatomic_set(atomic_t*v,inti);

intatomic_read(atomic_t*v);

voidatomic_add(inti,atomic_t*v);

voidatomic_sub(inti,atomic_t*v);

voidatomic_inc(atomic_t*v);

voidatomic_dec(atomic_t*v);

intatomic_inc_and_test(atomic_t*v);

intatomic_dec_and_test(atomic_t*v);

intatomic_sub_and_test(inti,atomic_t*v);

intatomic_add_negative(inti,atomic_t*v);

intatomic_add_return(inti,atomic_t*v);

intatomic_sub_return(inti,atomic_t*v);

intatomic_inc_return(atomic_t*v);

intatomic_dec_return(atomic_t*v);

原子地存取整数变量.atomic_t变量必须只通过这些函数存取.

#include<asm/bitops.h>

voidset_bit(nr,void*addr);

voidclear_bit(nr,void*addr);

voidchange_bit(nr,void*addr);

test_bit(nr,void*addr);

inttest_and_set_bit(nr,void*addr);

inttest_and_clear_bit(nr,void*addr);

inttest_and_change_bit(nr,void*addr);

原子地存取位值;它们可用做标志或者锁变量.使用这些函数阻止任何与并发存取这个位相关的竞争情况.

#include<linux/seqlock.h>

seqlock_tlock=SEQLOCK_UNLOCKED;

seqlock_init(seqlock_t*lock);

定义seqlock的包含文件,已经初始化它们的2个方法.

unsignedintread_seqbegin(seqlock_t*lock);

unsignedintread_seqbegin_irqsave(seqlock_t*lock,unsignedlongflags);

intread_seqretry(seqlock_t*lock,unsignedintseq);

intread_seqretry_irqrestore(seqlock_t*lock,unsignedintseq,unsignedlongflags);

获得一个seqlock-保护的资源的读权限的函数.

voidwrite_seqlock(seqlock_t*lock);

voidwrite_seqlock_irqsave(seqlock_t*lock,unsignedlongflags);

voidwrite_seqlock_irq(seqlock_t*lock);

voidwrite_seqlock_bh(seqlock_t*lock);

获取一个seqlock-保护的资源的写权限的函数.

voidwrite_sequnlock(seqlock_t*lock);

voidwrite_sequnlock_irqrestore(seqlock_t*lock,unsignedlongflags);

voidwrite_sequnlock_irq(seqlock_t*lock);

voidwrite_sequnlock_bh(seqlock_t*lock);

释放一个seqlock-保护的资源的写权限的函数.

#include<linux/rcupdate.h>

需要使用读取-拷贝-更新(RCU)机制的包含文件.

voidrcu_read_lock;

voidrcu_read_unlock;

获取对由RCU保护的资源的原子读权限的宏定义.

voidcall_rcu(structrcu_head*head,void(*func)(void*arg),void*arg);

安排一个回调在所有处理器已经被调度以及一个RCU-保护的资源可用被安全的释放之后运行.