读书笔记Linux内核设计与实现part 2

《Chapter 9~10 内核同步》

临界区（CS）：访问共享资源的代码段。

造成并发的原因：

1. 中断
2. 软中断和tasklet
3. 内核抢占
4. 睡眠及用户空间的同步
5. 对称多处理器

 

锁的使用本身并不是难点，真正的挑战在于辨认出需要共享的数据和相应的临界区。

在最开始设计代码的时候就要想到要使用锁，而不是在完成代码后再去加锁。

interrupt-safe / SMP-safe / preempt-safe

预防死锁的一个比较方便的方法（不能彻底解决）：按顺序枷锁。

 

死锁的四个条件：

互斥（mutual exclusion），

请求与保持（hold and wait），

非剥夺（non-preempt），

循环等待（circular wait）。

 

Linux锁粒度越来越细，可扩展性也很好。

 

原子变量，原子位操作。

 

自旋锁：

自旋锁可以使用在中断处理函数中（这里不能使用信号量，因为信号量会导致睡眠）。

申请自旋锁前，先关本地中断（有接口实现关中断和申请自旋锁）。

针对数据结构加锁。

spin_try_lock()试图去获得某个自旋锁，如果该锁已被争用，立刻返回非零值，不会等待锁被释放。

读写自旋锁：共享读，互斥写。

   错误使用读写自旋锁，导致死锁：

        read_lock(&mr_rwlock);

        write_lock(&mr_rwlock);//等待所有读者退出（包括自己这个读者）

 

信号量：

一种睡眠锁。1986年由Dijkstra提出，接口P()，V()（来自荷兰语Proberen和Vershogen，分别是探查和增加的意思，Linux中称为down(),up()）。

读写信号量。

 

互斥体：

可以睡眠的强制互斥锁。

 

完成变量：

一个任务完成后需要通知另一个任务，使用完成变量（completion variable）。

三个API：

init_completion(struct completion *);

wait_for_completion(struct completion *);

complete(struct completion *);

 

BKL大内核锁：
   Linux支持单CPU到支持SMP过渡期的锁。

 

顺序锁：

   u64 get_jiffies_64(){
       unsigned long seq;
       u64 ret;
       do{
          seq = read_seqbegin(&xtime_lock);
          ret = jiffies64;
       }while(read_seqretry(&xtime_lock,seq));
       return ret;
  }

  //写jiffies
  write_seqlock(&xtime_lock);
  jiffies_64 += 1;
  write_sequnlock(&xtime_lock);

 

顺序和屏障：

rmb()保证其后的读内存操作在其前的读内存操作之后执行（现代处理器中为优化流水线可能会有乱序执行的情况）。

wmb()与之类似，mb()是rmb()，wmb()两种屏障。

例如：a,b原来初始值为1,2；

线程1	线程2
④a=3;	---
mb();	---
①  b=4;	②  c=b;
---	rmb();
---	③  d=a;

如果没有mb(),rmb()，则可能发生c=4,d=1的情况（执行序列如图中序号，我们并不希望是这样的）。加上mb(),rmb()之后就避免了这种情况。

 

barrier()阻止编译器跨屏障对载入或存储操作优化。

 

《Chapter 11 定时器和时间管理》

 

#define time_before(unkown,know)  ((long)(known)-(long)(unknow)<0)

x86 PIT(可编程中断时钟)

 

定时器：由这个结构体实现。

struct timer_list {

struct list_head entry;         //定时器链表的入口

unsigned long expires;          //以jiffies为单位的时值

void (*function)(unsigned long) //定时器处理函数

unsigned long data;             //定时器处理函数的参数

struct tvec_t_base_s *base; //定时器内部值

}

 

延迟执行：

 

1、忙等：

忙等：
while( time_before(jiffies, timeout) );

忙等变体：
while( time_before(jiffies, timeout) )
    cond_resched();

2、内核接口：

void udelay(…);

void ndelay(…);

void mdelay(…);

 

3、schedule_timeout();