Linux內核開(kāi)發(fā)之并發(fā)控制(一)

　　“小濤，你說(shuō)十一黃金周，火車(chē)站，飛機場(chǎng)那些售票系統咋沒(méi)一個(gè)宕掉的呢。你不宕掉也沒(méi)關(guān)系，來(lái)兩個(gè)賣(mài)錯票的，說(shuō)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(shuō)都老大不小的人了，怎么腦子里天天都是MM之類(lèi)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(méi)等他說(shuō)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(guò)話(huà)說(shuō)回來(lái)，小王，你說(shuō)的還真是個(gè)問(wèn)題，想想這樣的問(wèn)題，你和GF兩個(gè)要去西湖看白娘子，偏偏遇到老天跟你過(guò)不去，就只剩下一張票了，你和GF兩個(gè)誰(shuí)去…“

　　"不是吧，我這命苦，好不容易有個(gè)GF，應該不會(huì )出現的，呵呵，如果出現…那好辦，我和她商量好，咱們一起在晚上12：00一起買(mǎi)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(zhù)。

　　“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(mǎi)，它還是一張票，怎么可能說(shuō)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(mài)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)狗仔隊員的身份，哥就傳授一招只傳MM的絕學(xué)----Linux設備驅動(dòng)程序之并發(fā)控制"。

　　聽(tīng)說(shuō)過(guò)并發(fā)沒(méi)，那你肯定聽(tīng)說(shuō)過(guò)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(shuō)多個(gè)執行單元同時(shí)，并行被執行，這多個(gè)單元卻不巧要同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)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(wèn)題，沒(méi)關(guān)系，找小濤哥不是..呵呵?，F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)執行單元在訪(fǎng)問(wèn)共享資源的時(shí)候，其他的執行單元被禁止訪(fǎng)問(wèn)，將競爭扼殺在萌芽狀態(tài)。這就是傳說(shuō)中的對共享資源的互斥訪(fǎng)問(wèn)。

　　出招表一：中斷屏蔽(可以保證正在執行的內核執行路徑不被中斷處理程序搶占,由于Linux內核的進(jìn)程調度都依賴(lài)中斷來(lái)實(shí)現，內核搶占進(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(shuō)明：local_irq_disable()和local_irq_enable()都只能禁止和使能本CPU內的中斷

　　…. 并不能解決SMP多CPU引發(fā)的競爭。

　　critical section //臨界區

　　….

　　local_irq_enable() //開(kāi)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系統的異步I/O,進(jìn)程調度等很多重要操作都依賴(lài)于中斷，在屏蔽中斷期間所有的中斷都無(wú)法處理，因此長(cháng)時(shí)間屏蔽中斷是很危險的，有可能造

　　成數據丟失甚至系統奔潰。

　　出招表二：原子操作(忘了是物理還是化學(xué)老師拉著(zhù)我的手說(shuō)：原子是最小的，不能再分的東西.看多形象，執行過(guò)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(mén)都沒(méi)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)設置原子變量的值

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

　　void set_bit(nr, void *addr); //設置addr地址的第nr位，所謂設置位即將位寫(xiě)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(xiě)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(shuō)不練，不是好漢。這誰(shuí)說(shuō)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(kāi)

　　}

　　..

　　return 0; //已經(jīng)打開(kāi)

　　}

　　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上將要執行的代碼將會(huì )執行一個(gè)測試并設置某個(gè)內存變量的原子操作,若測試結果表明鎖已經(jīng)空閑,則程序獲得這個(gè)自旋

　　鎖繼續運行;若仍被占用,則程序將在一個(gè)小的循環(huán)內重復測試這個(gè)"測試并設置"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"

　　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

　　spin_unlock(&lock);

　　還記的前邊說(shuō)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但內核可搶占的情況，對于但CPU和內核不可搶占的系統，自旋鎖退化為空操作。還有就是自旋鎖解決了臨界區不受別的CPU和本CPU內的搶占進(jìn)程打擾，但是得到鎖的代碼路徑在執行臨界區的時(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(guò)..所以說(shuō)嘛，Linux社區的開(kāi)發(fā)者們早想到了辦法：在自旋鎖的基礎上進(jìn)行衍生，具體是怎么回事，且聽(tīng)下回分解(每次說(shuō)這句話(huà)是感覺(jué)好爽，這難道就是高手?？岬臉?lè )趣..)..