内核中并发所所采取的措施


多线程执行的时候会出现并发的问题，处理不好，多线程会出现数据处理的错误。SMP（对称多处理器）和内核抢占是多线程执行的两个场景。我们提出要保护共享内核资源的问题，下面有内核中常用的方式。

1、自旋锁和互斥体
   首先先了解临界区的概念，临界区是访问共享资源的代码区域。自旋锁（spin lock）和互斥体(mutex, matual exclusion)是保护内核的两种基本的机制。
   1)自旋锁可以确保在同一时刻只有一个线程进入临界区，其他想进入的则必须等待释放的到来，当然线程不是指的内核线程，而是执行的线程。 
 
  1. 基本用法：  
  2. #include <linux/spinlock.h>   
  3.   
  4. spinlock_t mylock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;  
  5.   
  6. spin_lock(&mylock);  
  7. /* .... Critical Section code ... */  
  8. spin_unlock(&mylock); /* Release the lock */  
   2)互斥体在进入一个被占用的临界区之前不会原地打转，而是使当前线程进入睡眠状态。  
  1. 基本用法：  
  2.  #include <linux/mutex.h>   
  3.    
  4.  static DEFINE_MUTEX(mymutex);  
  5.    
  6.  mutex_lock(&mymutex);  
  7.  /* .... Critical Section code ... */  
  8.  mutex_unlock(&mymutex); /* Release the mutex */  
   所以，在使用时该如何选择呢？
   1）如果临界区需要睡眠，只能选择互斥体；
   2）在中断函数中只能使用自旋锁；
   
2、原子操作
   原子操作用于执行轻量级的、仅执行一次的操作。常用于修改计数器、有条件的增加值、设置位等。原子操作可以确保操作的串行化，不需要锁来对并发进行保护。
   具体的操作接口可以查看include/asm-xxx-arch/atomic.h。
  
3、读写锁
   当每个执行单元在访问临界区域的时候要么是读要么是写，但是又没有同时访问的时候，可以选择此项。    
  1. 基本操作(Read)：  
  2.   rwlock_t myrwlock = RW_LOCK_UNLOCKED;  
  3.    
  4.   read_lock(&myrwlock);  
  5.   /* .... Critical Section code ... */  
  6.   read_unlock(&myrwlock); /* Release the lcok */  
  7.     
  8.   基本操作(Write)：  
  9.   rwlock_t myrwlock = RW_LOCK_UNLOCKED;  
  10.    
  11.   write_lock(&myrwlock);  
  12.   /* .... Critical Section code ... */  
  13.   write_unlock(&myrwlock); /* Release the lcok */  
   
   同样存在相关的中断处理时使用的：read_lock_irqsave()、read_unlock_irqstore()、write_lock_irqsave()、write_lock_irqstore。
   1）现在，在新的内核中，还存在对于读多于写的一种顺序锁（seqlock）。
   基本操作：   
  1. do{  
  2.      read_seqbegin(&xtime_lock);  
  3.      /* .... Critical Section code ... */  
  4.  }while(read_seqretry(&xtime_lock,seq);  
   2）内核中还有另外一种机制RCU(Read--Copy--Update)。该机制用于提高读操作远多于写操作时的性能。基本理念是读线程不需要加锁，但是写线程要变的复杂的多，要首先要复制一份，然后在复制的这份数据结构上进行更新操作。为了保证读取操作的完成，副本会一致保持到所有的RCU上的上下文切换。具体可以参考Documentation/RCU/*。


4、调试工具
   1）可以配置(CONFIG_DEBUG_SPINLOCK)，来输出常见的自旋锁错误。
   2）Lockmeter(http://oss.sgi.com/project/lockmeter/)工具可以用于手机锁相关的统计信息。
   3）当然要牢记，申请了锁，就要释放，死锁会是常见的问题。

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