并发和竞态（1）

写这些东西都是作为看书的笔记，留作今后复习用的。既不是原创也不是转载，标题选择是在有些纠结。想想还是选个转载吧，转载书上的内容。

LDD3第五章并符合竞态

并发及其管理

        在现代Linux系统中存在大量的并发来源，因此会导致可能的竞态（race condition）。

竞态通常由对共享资源访问而产生。所以设计自己的驱动程序时第一个要记住的规则是，只要可能，就应该避免资源的共享。而这种思想的明显应用就是避免使用全局变量。

       但是实际情况是，资源的共享是必须的。硬件资源本质上就是共享的，而软件资源经常需要对其他执行线程可用。其中共享数据的途径有：全局变量、代码将一个指针传递给了内核的其他部分，一个新的共享就可能建立。

       资源共享的硬规则：在单个执行线程之外共享硬件或软件资源的任何时候，因为另一个线程可能产生对该资源的不一致观察，因此必须显式管理对该资源的访问。（下面摘录了英文的原文，主要是在理解的时候对显式的管理不太明白，看了英文大概的理解是，对共享的资源要管理对其访问是否允许），访问管理的常见技术成为“锁定”或者“互斥”

Here is the hard rule of resource sharing: any time that a hardware or software resource is shared beyond a single thread of execution, and the possibility exists that one thread could encounter an inconsistent view of that resource, you must explicitly manage access to that resource.

          但是，我们首先必须简要考虑另一个重要的规则。当内核代码创建了一个可能和其他内核部分共享的对象时，该对象必须在还有其他组件引用自己时保持存在（并正确工作）。这一规则产生下面两个需求：在对象尚不能正确工作时，不能将其对内核可用，也就是说，对这类对象的引用必须得到跟踪。在大多数情况下，我们将发现内核会为我们处理应用计数，然而总是会有例外。（对于上面这一段，暂时还不太明白，先做个标记mark）

信号量和互斥体

       ”进入休眠“是一个具有明确定义的术语。当一个Linux进程到达某个时间点，此时它不能进行任何处理时，它将进入休眠（或“阻塞”）状态，这将把处理器让给其他执行线程直到将来它能够继续完成自己的处理为止。

        信号量本质上是一个整数值，它和一对函数联合使用，这一对函数通常称为P和V。希望进入临界区的进程将在相关信号量上调用P；如果信号量的值大于零，则该值会减小一，而进程可以继续。相反，如果信号量的值为零（或更小），进程必须等待直到其他人释放信号量。对信号量的解锁通过调用V完成；该函数增加信号量的值，并在必要时唤醒等待的进程。

当信号量（semaphore）用于互斥（mutual exclusion）时，信号量的值应初始化为1。

Linux信号量的实现

要使用信号量，代码必须包含<asm/semaphore.h>。类型struct semaphore;

信号量的声明和初始化

1、直接创建信号量：void sema_init(struct semaphore *sem, int val);//val是赋予一个信号量的初始值。

2、信号量直接用于互斥模式，可以使用一组辅助函数和宏。

DECLARE_MUTEX(name);//初始化信号量name为1

DECLARE_MUTEX_LOCKED(name);//初始化信号量name为0。初始化状态为锁定，在允许任何线程访问前，必须显示解锁该互斥体。

3、在运行时被初始化（例如在动态分配互斥体的情况下），使用下面函数之一。

void init_MUTEX(struct semaphore *sem);

void init_MUTEX_LOCKED(struct semaphore *sem);

P、V操作

在Linux中，P函数被称为down，下面是down的三个版本：

void down(struct semaphore *sem);//down减小信号量的值，并在必要时一直等待。

int down_interruptible(struct semaphore *sem);//完成上面函数的相同工作，但是可中断。有返回值，要返回值检查

int down_trylock(struct semaphore *sem);//永远不会休眠

在Linux中，V函数对于up：

void up(struct semaphore *sem);

如果在拥有一个信号量时发生错误，必须在将错误状态返回给调用者之前释放该信号量。