linux设备驱动的并发控制（屏蔽中断、原子操作、自旋锁、信号量）

在应用层可以使用信号量PV操作和互斥锁来实现线程间对临界资源访问的同步与互斥。同样在内核态的驱动程序中，多个执行单元并发执行时也会造成对共享资源的竞争，形成竞态。

linux内核发生竞态的三种情况：
（1）对称多处理器（SMP）的多个CPU，多个CPU共用总线、外设和存储器，必然会造成资源的竞争。
（2）进程与进程之间也有可能对共享资源造成竞争，linux2.6内核以后是支持抢占调度的。
（3)中断和进程之间，中断程序有可能访问当前进程正在访问的资源。

解决办法：
屏蔽中断、原子操作、自旋锁、信号量

1、屏蔽中断
使用方法：
local_irq_disable() //屏蔽中断
....................
临界区
....................
local_irq_enable()//开中断

这种方法使得进程和中断之间竞态消失，同时进程和进程之间的竞态也消失，因为进程调度是依靠中断来实现的。但是，此方法对SMP多CPU引发的竞态则无能为力了。
要求：要尽可能快的执行完临界区代码，中断对CPU至关重要，不能一直关闭。
此方法不常用。


2、原子操作
原子操作指的是在执行过程中不会被别的进程所中断的操作，linux内核提供了两类函数实现原子操作，实现方法参见include/asm/atomic.h 也可参考linux设备驱动开发详解（宋宝华著）P142页。这里不再赘述。

3、自旋锁

所谓自旋，就是当进程不能获得资源时处于忙等待状态，注意不是阻塞态，通俗的说是原地打转。注意：所谓的自旋是对多处理器而言的，单处理器不可能出现自旋状况。
特点：
（1）无法获得锁时处于忙等待（运行态）。
（2）任务获得自旋锁后，内核关抢占。这一点对于单处理器很重要，这就是单处理器使用自旋锁的原因，防止了进程抢断。
（3）一个任务持有锁的时间要尽可能的短。

衍生锁：
读写自旋锁：读与读之间可以同时进行，读与写，写与写之间是互斥的。
顺序锁：读与读，读与写之间是可以同时的，但写与写之间是互斥的。

4、信号量
与自旋锁原理差不多，只是当获取不到信号量时进程不会原地打转，而进入阻塞态。
一般用法：
struct semaphore sem;
sema_init(&sem, 1);
down(&sem);
..................
临界区
..................
up(&sem);


自旋锁                         VS                 信号量
忙等待（运行态）                               等待态
禁止睡眠、调度                                 允许睡眠
时间尽可能短                                    时间不限
可用于中断                                     一般不用于中断
（执行中断时不能睡眠）

解释：自旋锁当无法获取锁时或出于忙等待状态（运行态），不会阻塞，而且获得锁以后会禁止调度，这也就实现了进程间的互斥，由于CPU禁止调度也就导致了要求占用锁的时间要尽可能的短，进程禁止调度是件非常可怕的事情。由于自旋锁不会睡眠，因此可以用于中断。
而信号量，无法获取时会阻塞、睡眠，由于信号量对进程调度没有什么影响，所以他的时间要求也没有自旋锁那么严格。由于执行中断时不允许进程阻塞，中断后会禁止调度，进程再一阻塞，会导致系统死掉，所以信号量不能用于中断。