Linux内核设计与实现——内核同步介绍

  • 临界区:访问和操作共享数据的代码段
  • 竞争条件:两个执行线程处于同一个临界区

i++的三个动作,并不是原子的

  1. 得到当前变量i的值并且拷贝到一个寄存器中
  2. 将寄存器中的值加1
  3. 把i的新值写回到内存中

造成并发执行的原因

核心就是用户程序会被调度程序抢占和重新调度

竞争原因 说明
中断 中断随时会发生,也就会随时打断当前执行的代码。如果中断和被打断的代码在相同的临界区,就产生了竞争条件
软中断和tasklet 软中断和tasklet也会随时被内核唤醒执行,也会像中断一样打断正在执行的代码
内核抢占 内核具有抢占性,发生抢占时,如果抢占的线程和被抢占的线程在相同的临界区,就产生了竞争条件
睡眠及用户空间的同步 用户进程睡眠后,调度程序会唤醒一个新的用户进程,新的用户进程和睡眠的进程可能在同一个临界区中
对称多处理 2个或多个处理器可以同时执行相同的代码

编写内核代码时,时时记着下面这些问题:

  1. 这个数据是不是全局的?除了当前线程以外,其他线程能不能访问它?
  2. 这个数据会不会在进程上下文或者中断上下文中共享?它是不是要在两个不同的中断处理程序中共享?
  3. 进程在访问数据时可不可能被抢占?被调度的新程序会不会访问同一数据?
  4. 当前进程会不会睡眠(或者阻塞)在某些资源上,如果是,它会让共享数据处于何种状态?
  5. 怎样防止数据失控?
  6. 如果这个函数又在另一个处理器上被调度将会发生什么?

死锁

锁的粒度

在加锁的时候,不仅要避免死锁,还需要考虑加锁的粒度。
锁的粒度对系统的可扩展性有很大影响,在加锁的时候,要考虑一下这个锁是否会被多个线程频繁的争用。
如果锁有可能会被频繁争用,就需要将锁的粒度细化。
细化后的锁在多处理器的情况下,性能会有所提升。

举个例子说明一下:比如给一个链表加锁,同时有A,B,C 3个线程频繁访问这个链表。

  • 那么当A,B,C 3个线程同时访问这个链表时,如果A获得了锁,那么B,C线程只能等待A释放了锁后才能访问这个链表。
  • 如果A,B,C 3个线程访问的是这个链表的不同节点(比如A是修改节点listA,B是删除节点listB,C是追加节点listC),并且这3个节点不是连续的,那么3个线程同时运行是不会有问题的。
  • 这种情况下就可以细化这个锁,把加在链表上的锁去掉,改成把锁加在链表的每个节点上。(也就是锁粒度的细化)那么,上述的情况下,A,B,C 3个线程就可以同时访问各自的节点,特别是在多处理器的情况下,性能会有显著提高。

但是,锁的粒度越细,系统开销越大,程序也越复杂,所以对于争用不是很频繁的锁,就没有必要细化了。

你可能感兴趣的:(Linux内核设计与实现——内核同步介绍)