上文说到小明驱车离开银行，随即开到了比较大的商城茂业（在深圳来说，茂业算是大商城咯）楼下，准备把车停在停车场下，进里面看看zippo火机，自己怎么也算是个“白骨精”（新时代对白领、骨干、精英的称谓），吸烟也得有个好装备：）驱车来到停车场前，发现保安在为排在前面的10辆车一个个的发停车卡，发停车卡很快的，自己等一下吧。不禁又联想到这个和操作系统的那个机制有些类似呢？对了，互斥锁。其实互斥锁和当count为1的信号量有相似之处，但却又不同。
信号量：count为1时，也可以达到互斥的效果，当进程想进入临界区的时候，首先获得信号量，当count为
0时，进程进入睡眠状态，等待获得信号量的进程释放信号量。
互斥锁：专为互斥设计的，内部实现为：首先快速的的方式获得互斥锁，若是快速获得信号量
失败，则进入通用的（慢速的）获取互斥锁，通用互斥锁获取方式同count为0时的机制相同。
从这里可以看到，互斥锁的一个设计原则是基于一个事实：拥有互斥锁的进程总是会在尽可能短的时间里释放。只有在这个前提下，使用互斥锁效率才是最高的，否则，和使用信号量差别也不大。对应到自己，发现自己在排队等待的过程多类似获得停车卡的一个过程，大家首先都认为发停车卡是一个很快的过程，所以，都排队等候而不会离开。当然，也有运气不好的，发到自己就发完了，没有停车位，那么你也可以选择停车等候，一旦有了停车位，保安会通知你让你进去。
互斥锁在内核中的定义如下：
struct mutex {
/* 1: unlocked, 0: locked, negative: locked, possible waiters */
atomic_t count;
spinlock_t wait_lock;
struct list_head wait_list;
#if defined(CONFIG_DEBUG_MUTEXES) || defined(CONFIG_SMP)
struct thread_info *owner;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
const char *name;
void *magic;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
struct lockdep_map dep_map;
#endif
};
去除调试信息后，我们发现和信号量的定义没有什么不同，主要差别体现在获取锁的操作DOWN和释放锁的操作UP上：
DOWN操作：
void __sched mutex_lock(struct mutex *lock)
{
might_sleep();
/*
* The locking fastpath is the 1->0 transition from
* 'unlocked' into 'locked' state.
*/
__mutex_fastpath_lock(&lock->count, __mutex_lock_slowpath);
mutex_set_owner(lock);
}
UP操作：
void __sched mutex_unlock(struct mutex *lock)
{
/*
* The unlocking fastpath is the 0->1 transition from 'locked'
* into 'unlocked' state:
*/
#ifndef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
/*
* When debugging is enabled we must not clear the owner before time,
* the slow path will always be taken, and that clears the owner field
* after verifying that it was indeed current.
*/
mutex_clear_owner(lock);
#endif
__mutex_fastpath_unlock(&lock->count, __mutex_unlock_slowpath);
}
我们看红色和蓝色部分，一个是快速路径获取，一个是慢速路径获取，慢速路径获取没有什么可说的，现在我们重点说一下快速路径的获取：
static inline void
__mutex_fastpath_lock(atomic_t *count, void (*fail_fn)(atomic_t *))
{
int __ex_flag, __res;
__asm__ (
"ldrex %0, [%2] \n\t" //完成__res=count->counter
"sub %0, %0, #1 \n\t" //完成__res=__res - 1
"strex %1, %0, [%2] " //完成用_res的当前值来更新count->counter
: "=&r" (__res), "=&r" (__ex_flag)
: "r" (&(count)->counter)
: "cc","memory" );
__res |= __ex_flag;
if (unlikely(__res != 0))
fail_fn(count);
}
红色的ldrex和strex是ARM架构下实现“读-更新-写回”原子操作的方式，其原理也是在操作过程中对bus进行监控，x86上则是利用带有LOCK前缀的方式来实现总线的监控，从而达到原子操作的方式。up的实现类似，在此不累述。其实上面的原理很简单就可以对应到我们现实生活中，想想看：首先，保安从对讲机或电脑中获知车位的情况，然后，发给等待停车位的车辆以停车卡，最后，更新车位的数量。这个过程在我们现实过程中是没有问题的，是我们认为的保证这个过程是原子的；若哪天保安犯了糊涂，发给停车卡后，忘了更新停车位的数量，那么最终一定会出现一个停车位多个车在抢的情况。而对应到内核中，准确的说应当是计算机体系结构中，唯一可以控制对一块内存的并发性访问的要点就是控制总线，所以，不同架构产生了不同的控制总线的指令，但其目的是相同的。
好了，让我们再次回到小明那里，小明今天的运气还不错，没等几分钟，就获得了停车卡，径直驶向停车场,下一次还会遇到哪些与内核中相似的机制呢？敬请期待。
阅读(2024) | 评论(0) | 转发(0) |
