3. Linux 内核开发 - 并发控制

    现代Linux操作系统必须满足多任务、多处理器已经中断处理这些特性，因此就有并发的情况产生，在这种状态下如果要对某个资源的访问控制，就必须要对这个共有资源进行保护，使其能保证一致性，这一篇文章索要讨论的就是这个内容。这也是后面一系列博文中都可能涉及到的基本内容，正如内存管理一样，内存管理将会在下一篇文章中详细介绍。

    对资源共享有一个硬性的规则：在单个执行线程以外共享硬件或软件资源的任何时候，由于另外一个线程可能产生对这个资源不一样的观察结果，因此必须显式的管理对该资源的访问。《LDD3》

一、信号量和互斥体

1. 信号量的实现
    在linux中支持PV原语操作，所以提供了信号量的实现，其相关定义如下：

#include <asm/semaphore.h>
// 信号量的定义
struct semaphore;

// 动态初始化信号量的函数
void sema_init(struct semaphore *sem, int val);

/**
 * 由于信号量常常用作互斥模式，因此为了让互斥的时候使用更加简单
 * 内核提供了下面一组函数和宏来处理互斥模式
 **/

// 被初始化为1，即还没有调用者进入临界区，当前调用者可以进入临界区
DECLARE_MUTEX(name);

// 被初始化为0，即已有调用者进入临界区，当前调用者不可以进入临界区
DECLARE_MUTEX_LOCKED(name);

在linux内核的实现中，获得信号量，即PV操作的P操作时，是需要调用down函数，释放信号量即V操作，是需要调用up函数，这些函数的定义如下：

// 减小信号量，并在必要时一直等待
void down(struct semaphore *sem);

// 减小信号量，但是操作是可中断的，这也是我们实际开发中将真正使用到的版本
int down_interruptible(struct semaphore *sem);

// 永远不会休眠，如果信号量在调用时无法获得，会立即返回一个非零值
int down_trylock(struct semaphore *sem);

// 调用up之后调用者将不会再拥有该信号量
void up(struct semaphore *sem);

2. 读取者/写入者信号量
    信号量对所有调用者执行互斥，而不管调用者到底要做什么，但是往往操作可以分为两大类读取和写入，允许读取并发是可能存在的，只需要在写入的时候执行互斥，读取的时候不必要等上一个读取完了在让下一个读取。linux为这种特殊情况提供了rwsem，其定义及相关操作函数定义如下：

#include <linux/rwsem.h>

// 读写信号量
struct rw_semaphore;

// 运行时动态初始化函数
void init_rwsem(struct rw_semaphore *sem);

/******* 只读访问操作函数 *******/

// 只读访问，可和其他访问者并发访问，但是可能将调用者置于不可中断休眠状态
void down_read(struct rw_semaphore *sem);

// 不会在读访问不可获取时等待，在授予访问时返回非零
int down_read_trylock(struct rw_semaphore *sem);

// 由down_read获取到的rwsem对象必须由up_read释放
void up_read(struct rw_semaphore *sem);

/******* 只写访问操作函数 *******/

// 只写访问，可和其他访问者并发写访问，但是可能将调用者置于不可中断休眠状态
void down_write(struct rw_semaphore *sem);

// 不会在写访问不可获取时等待，在授予访问时返回非零
int down_write_trylock(struct rw_semaphore *sem);

// 由down_write获取到的rwsem对象必须由up_write释放
void up_write(struct rw_semaphore *sem);

// 在结束修改之后调用downgrade_write，将允许其他读取者访问
void downgrade_write(struct rw_semaphore *sem);

一个rwsem允许一个写入者和多个读取者拥有该信号量，写入者的优先级别更高；如果有大量写入者竞争该信号量，则可能会出现长期拒绝读取者访问，俗称饿死状态。最好在很少写入者访问且写入者只会短期拥有信号量的时候使用rwsem。

二、完成变量
未完成

三、自旋锁
未完成

四、原子变量
未完成

五、综合实例源码
未完成

六、总结
未完成