Linux內(nèi)核開發(fā)之并發(fā)控制(一)

　　“小濤，你說十一黃金周，火車站，飛機(jī)場那些售票系統(tǒng)咋沒一個(gè)宕掉的呢。你不宕掉也沒關(guān)系，來兩個(gè)賣錯(cuò)票的，說不定哥就去上?？词啦?，去北京看青梅竹馬的表妹了…”小王抱怨道。

　　“暈死..哥鄙視你，你說都老大不小的人了，怎么腦子里天天都是MM之類的事了，能不能有點(diǎn)男子氣概啊..”。

　　“靠，能跟你比啊，你是飽漢不知餓漢饑，要是像你一樣十一和…”

　　"嗯，啊，哼哼.."沒等他說完，我趕忙塞了雙臭襪子(哪天的也記不住了)?！暗玫?，I 服了 you，ok”。

　　“不過話說回來，小王，你說的還真是個(gè)問題，想想這樣的問題，你和GF兩個(gè)要去西湖看白娘子，偏偏遇到老天跟你過不去，就只剩下一張票了，你和GF兩個(gè)誰去…“

　　"不是吧，我這命苦，好不容易有個(gè)GF，應(yīng)該不會出現(xiàn)的，呵呵，如果出現(xiàn)…那好辦，我和她商量好，咱們一起在晚上12：00一起買票，這樣我們兩邊的售票員怎么看都各自有一張票，我們兩個(gè)就可以一起了"小王狡黠的笑著。

　　“笨，我一口一個(gè)鹽水噴死你，分明一張票，你們兩個(gè)同一個(gè)時(shí)間去兩個(gè)不同的售票點(diǎn)去買，它還是一張票，怎么可能說去兩個(gè)不同地方，兩個(gè)售票員都看到有一張票，然后就把這唯一的一張同時(shí)賣給了你們兩個(gè)人”我打斷到。"算了，看在室友兼我的最忠實(shí)狗仔隊(duì)員的身份，哥就傳授一招只傳MM的絕學(xué)----Linux設(shè)備驅(qū)動程序之并發(fā)控制"。

　　聽說過并發(fā)沒，那你肯定聽說過競爭，比如競爭上崗，還有你最熟悉的追MM，這也是競爭。那么

　　并發(fā)(concurrency)就是說多個(gè)執(zhí)行單元同時(shí)，并行被執(zhí)行，這多個(gè)單元卻不巧要同時(shí)訪問一些資源。這其中要分三種情況：

　　正所謂：道高一尺，魔高一丈，你孫悟空有72變，人家二郎神還有73變不是。有問題，沒關(guān)系，找小濤哥不是..呵呵?，F(xiàn)在就教你幾招以備不時(shí)只需：

　　大家不是要競爭嗎，那好，總體原則就是不讓你競爭：保證一個(gè)執(zhí)行單元在訪問共享資源的時(shí)候，其他的執(zhí)行單元被禁止訪問，將競爭扼殺在萌芽狀態(tài)。這就是傳說中的對共享資源的互斥訪問。

　　出招表一：中斷屏蔽(可以保證正在執(zhí)行的內(nèi)核執(zhí)行路徑不被中斷處理程序搶占,由于Linux內(nèi)核的進(jìn)程調(diào)度都依賴中斷來實(shí)現(xiàn)，內(nèi)核搶占進(jìn)程之間的競態(tài)就不存在了)

　　使用方法: local_irq_disable() //屏蔽中斷 說明：local_irq_disable()和local_irq_enable()都只能禁止和使能本CPU內(nèi)的中斷

　　…. 并不能解決SMP多CPU引發(fā)的競爭。

　　critical section //臨界區(qū)

　　….

　　local_irq_enable() //開中斷

　　與local_irq_disable()不同，local_irq_save(flags)除了進(jìn)行禁止中斷操作以外，還保證目前CPU的中斷位信息，local_irq_save(flags)進(jìn)行相反的操作。

　　致命弱點(diǎn): 由于Linux系統(tǒng)的異步I/O,進(jìn)程調(diào)度等很多重要操作都依賴于中斷，在屏蔽中斷期間所有的中斷都無法處理，因此長時(shí)間屏蔽中斷是很危險(xiǎn)的，有可能造

　　成數(shù)據(jù)丟失甚至系統(tǒng)奔潰。

　　出招表二：原子操作(忘了是物理還是化學(xué)老師拉著我的手說：原子是最小的，不能再分的東西.看多形象，執(zhí)行過程不能被別的代碼路徑中斷的操作就是原子操作，還

　　想跟我競爭，門都沒有)。 分為整形原子和位原子操作。

　　使用方法一：整形原子操作

　　1)設(shè)置原子變量的值

　　void atomic_set(atomic_t *v, int i);//設(shè)置原子變量的值為i

　　atomic_t v = ATOMIC_INIT(0);//定義原子變量v并初始化為0

　　2)獲取原子變量的值

　　atomic_read(atomic_t *v);//返回原子變量的值

　　3)原子變量加/減

　　void atomic_add(int i,atomic_t *v); //原子變量增加i

　　void atomic_sub(int i,atomic_t *v); //原子變量減少i

　　4)原子變量自增/自減

　　void atomic_inc(atomic_t *v); //原子變量加1

　　void atomic_dec(atomic_t *v); //原子變量減1

　　5)操作并測試

　　int atomic_inc_and_test(atomic_t *v);//這些操作對原子變量執(zhí)行自增,自減,減操作后測試是否為0,是返回true,否則返回false

　　int atomic_dec_and_test(atomic_t *v);

　　int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v);

　　6)操作并返回

　　int atomic_add_return(int i,atomic_t *v); //這些操作對原子變量進(jìn)行對應(yīng)操作，并返回新的值。

　　int atomic_sub_return(int i, atomic_t *v);

　　int atomic_inc_return(atomic *v);

　　int atomic_dec_return(atomic_t *v);

　　使用方法二:位原子操作。

　　1)設(shè)置位

　　void set_bit(nr, void *addr); //設(shè)置addr地址的第nr位，所謂設(shè)置位即將位寫為1

　　2)清除位

　　void clear_bit(nr,void *addr); //清除addr地址的第nr位，所謂清除位即將位寫為0

　　3)改變位

　　void change_bit(nr,void *addr); //對addr地址的第nr位反置

　　4)測試位

　　void test_bit(nr, void *addr); //返回addr地址的第nr位

　　5)測試并操作位

　　int test_and_set_bit(nr, void *addr);

　　int test_and_clear_bit(nr, void *addr);

　　int test_and_change_bit(nr, void *addr);

　　光說不練，不是好漢。這誰說的呢，咋就是記不得呢，看段代碼：

　　static atomic_t ato_avi = ATOMIC_INIT(1); //定義原子變量

　　static int ato_open(struct inode *inode, struct file *filp)

　　{

　　...

　　if (!atomic_dec_and_test(&ato_avi))

　　{

　　atomic_inc(&ato_avi);

　　return = - EBUSY; //已經(jīng)打開

　　}

　　..

　　return 0; //已經(jīng)打開

　　}

　　static int ato_release(struct inode *inode, struct file *filp)

　　{

　　atomic_inc(&ato_avi);

　　return 0;

　　}

　　出招表三:自旋鎖。正如其名,CPU上將要執(zhí)行的代碼將會執(zhí)行一個(gè)測試并設(shè)置某個(gè)內(nèi)存變量的原子操作,若測試結(jié)果表明鎖已經(jīng)空閑,則程序獲得這個(gè)自旋

　　鎖繼續(xù)運(yùn)行;若仍被占用,則程序?qū)⒃谝粋€(gè)小的循環(huán)內(nèi)重復(fù)測試這個(gè)"測試并設(shè)置"的操作.這就是自旋。

　　使用方法:1)spinlock_t spin; //定義自旋鎖

　　2)spin_lock_init(lock); //初始化自旋鎖

　　3)spin_lock(lock); //成功獲得自旋鎖立即返回，否則自旋在那里直到該自旋鎖的保持者釋放

　　spin_trylock(lock); //成功獲得自旋鎖立即返回真，否則返回假，而不是像上一個(gè)那樣"在原地打轉(zhuǎn)"

　　4)spin_unlock(lock);//釋放自旋鎖

　　自旋鎖一般像下邊這樣使用：

　　spinlock_t lock;

　　spin_lock_init(&lock);

　　spin_lock (&lock);

　　....//臨界區(qū)

　　spin_unlock(&lock);

　　還記的前邊說的第一招：中斷屏蔽中致命的弱點(diǎn)步，自旋鎖就是針對SMP或單個(gè)CPU但內(nèi)核可搶占的情況，對于但CPU和內(nèi)核不可搶占的系統(tǒng)，自旋鎖退化為空操作。還有就是自旋鎖解決了臨界區(qū)不受別的CPU和本CPU內(nèi)的搶占進(jìn)程打擾，但是得到鎖的代碼路徑在執(zhí)行臨界區(qū)的時(shí)候還可能受到中斷和底半部的影響。

　　那咋辦呢，天要下雨，娘要嫁人，可二郎神的就是比你孫悟空多了一變，你能咋辦，打一架?打不過..所以說嘛，Linux社區(qū)的開發(fā)者們早想到了辦法：在自旋鎖的基礎(chǔ)上進(jìn)行衍生，具體是怎么回事，且聽下回分解(每次說這句話是感覺好爽，這難道就是高手?？岬臉啡?.)..