并发控制

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

为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_trylock或spin_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