内核总结之同步和锁机制

3同步和锁机制
并发的可能情形：
1，中断
2，软中断
3，内核抢占
4，对称多处理
5，睡眠
死锁的避免
1，顺序加锁
2，不要重复请求同一个锁
3，设计力求简单
自旋锁和信号量是内核中主要的同步机制，用于保证对临界区的唯一性排他访问。如果进程不能获得自旋锁，将自旋等待，而不能获得信号量则睡眠。其中在单处理器系统中，自旋锁只是禁止内核抢占。
自旋锁和信号量的不同：
1，自旋锁是轻量级锁，信号量适用于长时间等待，其维护等待队列，上下文切换开销比较大
2，自旋锁能用于中断上下文，信号量只能用于进程上下文
3，在持有自旋锁时不能睡眠，也就是占用信号量的同时不能拥有自旋锁
4，需要和用户空间的代码同步时，信号量是唯一的选择
自旋锁:
spin_lock_init()
spin_lock()
spin_lock_irq()
spin_lock_irqsave()
信号量:
 16 struct semaphore {
 17     spinlock_t      lock;   //这个lock用于保护struct semaphore
 18     unsigned int        count;
 19     struct list_head    wait_list;
 20 };
sema_init()
down()
 53 void down(struct semaphore *sem)
 54 {
 55     unsigned long flags;
 56
 57     spin_lock_irqsave(&sem->lock, flags);
 58     if (likely(sem->count > 0))
 59         sem->count--;
 60     else
 61         __down(sem);
 62     spin_unlock_irqrestore(&sem->lock, flags);
 63 }
如果count>0,则获得这个信号量，成功返回。如果《＝0，则进入__down的处理
207     struct task_struct *task = current;
208     struct semaphore_waiter waiter;
209
210     list_add_tail(&waiter.list, &sem->wait_list);
211     waiter.task = task;
212     waiter.up = 0;
213
214     for (;;) {
215         if (signal_pending_state(state, task))
216             goto interrupted;
217         if (timeout <= 0)
218             goto timed_out;
219         __set_task_state(task, state);
220         spin_unlock_irq(&sem->lock);
221         timeout = schedule_timeout(timeout);
222         spin_lock_irq(&sem->lock);
223         if (waiter.up)
224             return 0;
225     }
将进程添加到sem的等待队列中，设置进程的状态为TASK_UNINTERRUPTABLE或TASK_INTERRUPTABLE,调用schedule()进行进程的切换。

而up()则把第一个进程从等待队列中删除，并wake up()
up()
178 void up(struct semaphore *sem)
179 {
180     unsigned long flags;
181
182     spin_lock_irqsave(&sem->lock, flags);
183     if (likely(list_empty(&sem->wait_list)))
184         sem->count++;
185     else
186         __up(sem);
187     spin_unlock_irqrestore(&sem->lock, flags);
188 }

256 static noinline void __sched __up(struct semaphore *sem)
257 {
258     struct semaphore_waiter *waiter = list_first_entry(&sem->wait_list,
259                         struct semaphore_waiter, list);
260     list_del(&waiter->list);
261     waiter->up = 1;
262     wake_up_process(waiter->task);
263 }