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分类: 嵌入式

2011-09-21 20:34:18

并发多个执行单元同时被执行

竞态:并发的执行单元对共享资源(硬件资源和软件上的全局变量等)的访问导致的竞争状态

处理并发的常用技术是加锁或者互斥,即确保在任何时间只有一个执行单元可以操作共享资源。在Linux内核中主要通过semaphore机制和spin_lock机制实现。

 

信号量

Linux内核的信号量在概念和原理上与用户态的信号量是一样的,但是它不能在内核之外使用,它是一种睡眠锁。如果有一个任务想要获得已经被占用的信号量时,信号量会将这个进程放入一个等待队列,然后让其睡眠。当持有信号量的进程将信号释放后,处于等待队列中的任务将被唤醒,并让其获得信号量。

信号量在创建时需要设置一个初始值,表示允许有几个任务同时访问该信号量保护的共享资源,初始值为1就变成互斥锁Mutex),即同时只能有一个任务可以访问信号量保护的共享资源。

当任务访问完被信号量保护的共享资源后,必须释放信号量,释放信号量通过把信号量的值加1实现,如果释放后信号量的值为非正数,表明有任务等待当前信号量,因此要唤醒等待该信号量的任务。

 

信号量的实现也是与体系结构相关的,定义在中,struct semaphore类型用来表示信号量。

1. 定义信号量      struct semaphore sem;

2. 初始化信号量   void sema_init (struct semaphore *sem, int val)   该函用于数初始化设置信号量的初值,它设置信号量sem的值为val

void init_MUTEX (struct semaphore *sem)  该函数用于初始化一个互斥锁,即它把信号量

sem的值设置为1

void init_MUTEX_LOCKED (struct semaphore *sem) 该函数也用于初始化一个互斥锁,但它把信号量sem的值设置为0,即一开始就处在已锁状态。

定义与初始化的工作可由如下宏一步完成:

DECLARE_MUTEX(name) 定义一个信号量name,并初始化它的值为1

DECLARE_MUTEX_LOCKED(name)        定义一个信号量name,但把它的初始值设置为0,即锁在创建时就处在已锁状态。

 

int down_interruptible(struct semaphore * sem) 获取信号量sem。如果信号量不可用,进程将被置为TASK_INTERRUPTIBLE类型的睡眠状态。该函数由返回值来区分是正常返回还是被信号中断返回,如果返回0,表示获得信号量正常返回,如果被信号打断,返回-EINTR

 

down_killable(struct semaphore *sem) 获取信号量sem。如果信号量不可用,进程将被置

TASK_KILLABLE类型的睡眠状态。

 

4. 释放信号量

void up(struct semaphore * sem)  该函数释放信号量sem,即把sem的值加1,如果sem的值为非正数,表明有任务等待该信号量,因此唤醒这些等待者。

 

自旋锁

自旋锁最多只能被一个可执行单元持有。自旋锁不会引起调用者睡眠,如果一个执行线程试图获得一个已经被持有的自旋锁,那么线程就会一直进行忙循环,一直等待下去,在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁,“自旋”就是这个意思。

 

spin_lock_init(x)    该宏用于初始化自旋锁x,自旋锁在使用前必须先初始化。

spin_lock(lock)      获取自旋锁lock,如果成功,立即获得锁,并马上返回,否则它将一直自旋在那里,直到该自旋锁的保持者释放。

spin_trylock(lock)  试图获取自旋锁lock,如果能立即获得锁,并返回真,否则立即返回假。它不会一直等待被释放。

spin_unlock(lock) 释放自旋锁lock,它与spin_trylockspin_lock配对使用。

 

信号量PK自旋锁

信号量可能允许有多个持有者,而自旋锁在任何时候只能允许一个持有者。当然也有信号量叫互斥信号量(只能一个持有者),允许有多个持有者的信号量叫计数信号量。

信号量适合于保持时间较长的情况;而自旋锁适合于保持时间非常短的情况,在实际应用中自旋锁控制的代码只有几行,而持有自旋锁的时间也一般不会超过两次上下文切换的时间,因为线程一旦要进行切换,就至少花费切出切入两次,自旋锁的占用时间如果远远长于两次上下文切换,我们就应该选择信号量。

 

实例: 带并发处理的字符设备驱动程序.rar   

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