《Linux内核设计与实现》——内核同步介绍

一、临界区和竞争条件

 一）、相关介绍

  1、临界区就是访问和操作共享数据的代码段。

  2、如果两个执行线程有可能处于同一个临界区中同时执行，那么这就是程序包含的一个bug。如果这种情况发生了，就称它为竞争条件。

  3、避免并发和防止竞争条件称为同步。

 二）、竞争条件实例

二、加锁

 一）、相关介绍

  1、锁机制提供了一种方法确保一次有且只有一次对数据进行操作，或者当另一个线程对临界区标记时，就禁止（或者说锁定）其他访问。

  2、锁的使用是自愿的，非强制性的，它完全属于一种编程者自选的编程手段。

  3、Linux各种锁机制之间的区别主要在于：当锁已经被其他线程持有，因而不可用时的行为表现——一些锁被争用时会简单地执行忙等待，而另外一些锁会使当前任务睡眠直

         到锁可用为止。

 二）、造成并发执行的原因：

  1、中断——中断几乎可以在任何时刻异步发生，也就可能随时打断当前正在执行的代码。

  2、软中断和tasklet——内核能在任何时刻唤醒或调度软中断和tasklet，打断当前正在执行的代码。

  3、内核抢占——因内核具有抢占性，所以内核中的任务可能会被另一任务抢占。

  4、睡眠以及用户空间的同步——在内核执行的进程可能会睡眠，这就会唤醒调度程序，从而导致一个新的用户程序执行。

  5、对称多处理——两个或多个处理器可以执行代码。

 三）、了解要保护什么

  1、找出那些数据需要保护是关键所在。

  2、大多数内核树据结构都需要加锁。有一个很好的经验可以帮助我们判断：如果有其他执行线程可以访问这些数据，那么就给这些数据加上某种形式的锁；如果任何其他什么

        东西都能看到它，那么就要锁住它。记住，要给数据而不是代码加锁。

三、死锁

  1、死锁的产生需要一定条件：要有一个或多个执行线程和一个或多个资源，每个线程都在等待其中一个资源，但所有资源都已经被占用了，所有的线程都在相互等待，但它们

        永远不会释放已经占有的资源。于是任何线程都无法继续，这便意味着死锁的发生。

  2、避免死锁的简单规则：

    1）、按顺序加锁。

    2）、防止发生饥饿。

    3）、不要重复同一个锁。

    4）、加锁设计应求简单。

四、争用和扩展性

  1、锁的争用，或简称争用，是指当锁正在被占用时，有其他线程试图获得该锁。

  2、一个锁处于高度争用状态，就是指有多个线程在等待获得该锁。

  3、扩展性是对系统可扩展性的一个度量。

  4、一般来说，提高可扩展性是件好事，因可提高Linux在更大型的、处理能力更强大的系统上的性能。但一味的提高可扩展性，会导致在小型SMP和UP机器上的性能降低。

  5、可扩展性是很重要的，需要慎重考虑。关键在于，在设计锁的开始阶段就应该考虑到要保证良好的扩展性。