Linux并发与竞争

在驱动中有可能存在, 对于公用的资源, 产生的原因, 多任务, 中断, 抢占, 多核

会竞争资源, 就是数据, 需要进行保护, 首先就是全局变量,

常用的处理方法

原子操作

分为原子整形, 原子位操作

就是不能进一步分割的操作, 保证几条代码不会被分开执行, Linux提供了对于整形以及位操作的函数

整形操作API

提供了一个结构体用来进行操作, 定义在include/linux/types.h文件中

typedef struct {
	int counter;
} atomic_t;

在定义变量的时候使用这个结构体进行定义

可以在定义的时候进行赋值

atomic_t b=ATOMIC_INIT(0);//定义原子变量b并赋初值为0

在定义的时候不能直接进行赋值#define ATOMIC_INIT(i) { (i) }

在使用的时候有专门的函数,

typedefstruct{
    longlongcounter;
}atomic64_t;

有64位的, 在64位机器使用

原子位操作

不像原子整形变量那样有个atomic_t的数据结构，原子位操作是直接对内存进行操作

自旋锁

原子操作只对整形进行操作, 或位操作

当一个线程要访问某个共享资源的时候首先要先获取相应的锁，锁只能被一个线程持有，只要此线程不释放持有的锁，那么其他的线程就不能获取此锁

如果自旋锁正在被线程A持有，线程B想要获取自旋锁，那么线程B就会处于忙循环-旋转-等待状态，线程B不会进入休眠状态或者说去做其他的处理

自旋锁的一个缺点：那就等待自旋锁的线程会一直处于自旋状态，这样会浪费处理器时间，降低系统性能，所以自旋锁的持有时间不能太长

可以用在多核的情况下

也是使用一个结构体

typedef struct spinlock {
	union {
		struct raw_spinlock rlock;

#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
# define LOCK_PADSIZE (offsetof(struct raw_spinlock, dep_map))
		struct {
			u8 __padding[LOCK_PADSIZE];
			struct lockdep_map dep_map;
		};
#endif
	};
} spinlock_t;

定义一个结构体, 然后对结构体进行操作

被自旋锁保护的临界区一定不能调用任何能够引起睡眠和阻塞的API函数，否则的话会可能会导致死锁现象的发生, 原因是在进行锁的时候会关闭内核抢占, 如果A进行休眠, B进行申请不成功会等待, 但是A由于不能抢占只能一直休眠

线程和中断之间, 和上面的情况相同

最好的解决方法就是获取锁之前关闭本地中断

我们是很难确定某个时刻的中断状态, 因此不推荐使用spin_lock_irq/ spin_unlock_irq, 建议使用spin_lock_irqsave / spin_unlock_irqrestore

flogs用来保存中断的状态

还有其他的锁

• 读写自旋锁

可以有多个进行读, 一个进行写 读写自旋锁为读和写操作提供了不同的锁，一次只能允许一个写操作，也就是只能一个线程持有写锁，而且不能进行读操作。

typedefstruct{
    arch_rwlock_t raw_lock;
}rwlock_t;

• 顺序锁

使用顺序锁的话可以允许在写的时候进行读操作，也就是实现同时读写，但是不允许同时进行并发的写操作。如果在读的过程中发生了写操作，最好重新进行读取，保证数据完整性。

保护的资源不能是指针

注意事项

在等待的时候会进行自旋, 所以不能持续时间太长

不能调用导致线程休眠的函数

不能递归申请, 否则会自己把自己锁死

为了兼容把所有的当做多核进行编写

信号量

用来处理长时间, 可以让等待的进程进入休眠状态,

不能用于中断中，因为信号量会引起休眠，中断不能休眠。

如果共享资源的持有时间比较短，那就不适合使用信号量了，因为频繁的休眠、切换线程引起的开销要远大于信号量带来的那点优势。

线程使用自旋锁的时候就不能再使用信号量, 否则有可能进入休眠

信号量有一个信号量值, 可以通过信号量来控制访问共享资源的访问数量，通过信号量控制访问资源的线程数，在初始化的时候将信号量值设置的大于1，那么这个信号量就是计数型信号量，计数型信号量不能用于互斥访问

如果要互斥的访问共享资源那么信号量的值就不能大于1，此时的信号量就是一个二值信号量。

struct semaphore {
    raw_spinlock_t      lock;
    unsigned int count;
    struct list_head    wait_list;
};

structsemaphore sem;/* 定义信号量*/
sema_init(&sem,1);/* 初始化信号量*/
down(&sem);/* 申请信号量*/
/* 临界区*/
up(&sem);/* 释放信号量*/

互斥体mutex

互斥访问表示一次只有一个线程可以访问共享资源，不能递归申请互斥体。

structmutex {
    /* 1: unlocked, 0: locked, negative: locked, possible waiters */
    atomic_t        count;
    spinlock_t      wait_lock;
};

因为一次只有一个线程可以持有mutex，因此，必须由mutex的持有者释放mutex。并且mutex不能递归上锁和解锁