4412 并发

一、并发基本概念

1.并发

• 并发的概念是：多个执行单元同时、并行被执行
• Linux系统是多任务的，很多任务会同时执行
• 假如有三个执行单元ABC，共享了内存资源
  • 执行单元A对Buffer写1000个"a"；
  • 执行单元B对Buffer写1000个"b"；
  • 执行单元C从Buffer中读取数据。
  • 如果按照A写→C读→B写→C读，当然没有问题。
  • 但是如果A写→B写→C读，执行单元C就出问题了。
• 当然比这个复杂更多，更加混乱的并发操作存在设备驱动中。
• 只要有多个进程对共享资源的同时访问，就可能出现竞争。

2.竞态

• 以下三种情况会导致竞态
• 对称多处理的多个CPU
• 单CPU内进程和强占它的进程
• 中断和进程

3.竞态的解决办法

• 解决竞态的途径是“保证对共享资源的互斥访问”
• 也就是一个执行单元在访问共享资源的时候，其他的执行单元被禁止访问。
• 访问共享资源的代码区称为临界区，临界区需要使用互斥机制来保护。

4.Linux操作系统中提供实现互斥的方法

• 原子操作、自旋锁、信号量、互斥体等。
• 后续视频介绍原子操作，自旋锁，互斥体

二、并发控制之原子操作

1.直接列出内核中提供的宏定义

解决竞态的途径是"保证对共享资源的互斥访问"

• 变量：atomic_t 整型变量
• 宏定义：atomic_read    (*(volatile int *)&(v)->counter)
  • volatile关键词：表示变量每次被访问，执行单元每次从内存单元中取值。
  • 不带关键词：表示变量在编译的时候可能被"优化"。（可能是CPU内部寄存器）
  • 保证对特殊地址的稳定访问！
• 宏定义：atomic_inc　　atomic_add(1, (v))  变量加1
• 宏定义：atomic_dec        变量减1
• 宏定义：ATOMIC_INIT        赋值

 2.如何使用

假设任务单元A第一个申请"共享单元"。则先读变量，如果0，则对变量加1，然后对共享资源进行操作。操作完毕之后对变量赋值。

假设任务单元B要申请"共享单元"。则先读变量，如果0，则对变量加1，然后对共享资源进行操作。操作完毕之后对变量赋值。如果为1，直接返回。

3.代码分析

open_atomic_int_one以及open_atomic_int_two两个程序

要对/dev/atomic_int设备节点镜像操作

先运行的程序，将变量赋值为1，释放的时候赋值为0

如果程序1在没有释放的情况下，程序2调用设备节点则会直接返回，无法调用。

如果程序1在在没有释放的情况下，程序2调用则会直接返回，无法调用。

atomic

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

/* device register */
#include <linux/platform_device.h>
/* register misc device */
#include <linux/miscdevice.h>
/* register device node */
#include <linux/fs.h>
/* atomic */
#include <asm/types.h>
#include <asm/atomic.h>

#define DRIVER_NAME "atomic_int"
#define DEVICE_NAME "atomic_int"

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
MODULE_AUTHOR("Topeet");

static atomic_t value_atomic = ATOMIC_INIT(0);

static int atomic_int_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
        printk(KERN_EMERG "atomic_int open in!
");

        if(atomic_read(&value_atomic)) {
                return -EBUSY;
        }

        atomic_inc(&value_atomic);

        printk(KERN_EMERG "atomic_int open success!
");
        return 0;
}

static int atomic_int_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
        printk(KERN_EMERG "atomic_int release
");

        atomic_dec(&value_atomic);

        return 0;
}

static struct file_operations atomic_int_ops = {
        .owner = THIS_MODULE,
        .open = atomic_int_open,
        .release = atomic_int_release,
};

static struct miscdevice atomic_int_dev = {
        .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
        .name = DEVICE_NAME,
        .fops = &atomic_int_ops,
};

static int atomic_int_probe(struct platfrom_device *pdv)
{
        printk(KERN_EMERG "	initalized
");
        misc_register(&atomic_int_dev);

        return 0;
}

static int atomic_int_remove(struct platform_device *pdv)
{
        printk(KERN_EMERG "	remvoe
");
        misc_deregister(&atomic_int_dev);

        return 0;
}

struct platform_driver atomic_int_driver = {
        .probe = atomic_int_probe,
        .remove = atomic_int_remove,
        .driver = {
                .name = DRIVER_NAME,
                .owner = THIS_MODULE,
        }
};

static int atomic_int_init(void)
{
        int DriverState;

        printk(KERN_EMERG "atomic int enter
");
        DriverState = platform_driver_register(&atomic_int_driver);

        printk(KERN_EMERG "	DriverState is %d
", DriverState);
        return 0;
}

static void atomic_int_exit(void)
{
        printk(KERN_EMERG "atomic int exit
");

        platform_driver_unregister(&atomic_int_driver);
}

module_init(atomic_int_init);
module_exit(atomic_int_exit);

open_one:

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
        char *atomic_int = "/dev/atomic_int";
        int fd;

        if((fd = open(atomic_int, O_RDWR|O_NDELAY)) < 0) {
                printf("%s open %s fialed!
", argv[0], atomic_int);
        } else {
                printf("%s open %s success!
", argv[0], atomic_int);
        }

        while(1);
}

opne_two:

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
        char *atomic_int = "/dev/atomic_int";
        int fd;

        if((fd = open(atomic_int, O_RDWR|O_NDELAY)) < 0) {
                printf("%s open %s fialed!
", argv[0], atomic_int);
        } else {
                printf("%s open %s success!
", argv[0], atomic_int);
        }

        while(1);
}

4.测试结果

[root@iTOP-4412]# insmod atomic.ko                                                     
[   69.905118] atomic int enter
[   69.906830]  initalized
[   69.925677]  DriverState is 0
[root@iTOP-4412]# ls /dev/atomic_int -l                                                
crw-rw----    1 root     0          10,  47 Jan  1 01:47 /dev/atomic_in

[root@iTOP-4412]# ./open_atomic_int_one &                                              
[root@iTOP-4412]# [   83.577155] atomic_int open in!
[   83.578851] atomic_int open success!
./open_atomic_int_one open /dev/atomic_int sucess!

[root@iTOP-4412]# ./open_atomic_int_two                                                
[   92.529032] atomic_int open in!
./open_atomic_int_two open /dev/atomic_int failed!

[root@iTOP-4412]# kill 1659                                                            
[root@iTOP-4412]#[  115.020445] atomic_int release
 
[1]+  Terminated                 ./open_atomic_int_one
[root@iTOP-4412]# ./open_atomic_int_two                                                
[  120.023368] atomic_int open in!
[  120.025137] atomic_int open success!
./open_atomic_int_two open /dev/atomic_int sucess!

^C[  123.292457] atomic_int release

遇到的问题：

一开始注册，没有运行probe函数。所以需要对内核裁剪（driver/char/Kconfig和arch/arm/mach-exynos/mach-top4412.c的修改）。

增减ATOMIC_INT_CONFIG，并编译内核后烧录。

三、并发控制之位原子操作

1.直接列出内核中提供的宏定义

宏定义：test_bit 返回位原子值

宏定义：set_bit 设置位

宏定义：clear_bit 清除位

2.如果使用

类似整型的原子操作

3.代码分析

• open_atomic_bit_two以及open_atomic_bit_one两个程序
• 要对/dev/atomic_bit这个设备节点进行操作
• 先运行open之后，将变量赋值为1，释放的时候赋值为0
• 如果在其中一个程序调用的过程中没有释放，第二个程序要对节点操作，则会直接返回错误。

 测试代码：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

/* device register */
#include <linux/platform_device.h>
/* register misc device */
#include <linux/miscdevice.h>
/* register device node */
#include <linux/fs.h>
/* atomic */
#include <asm/types.h>
#include <asm/atomic.h>

#define DRIVER_NAME "atomic_bit"
#define DEVICE_NAME "atomic_bit"

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
MODULE_AUTHOR("Topeet");

//static atomic_t value_atomic = ATOMIC_INIT(0);
unsigned long int value_bit = 0;

static int atomic_bit_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
        printk(KERN_EMERG "atomic_int open in!
");
/*
        if(atomic_read(&value_atomic)) {
                return -EBUSY;
        }

        atomic_inc(&value_atomic);
*/
        if(test_bit(0, &value_bit) != 0) {
                return -EBUSY;
        }

        set_bit(0, &value_bit);

        printk(KERN_EMERG "atomic_int open success!
");
        return 0;
}

static int atomic_bit_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
        printk(KERN_EMERG "atomic_int release
");

        //atomic_dec(&value_atomic);

        clear_bit(0, &value_bit);

        return 0;
}

static struct file_operations atomic_bit_ops = {
        .owner = THIS_MODULE,
        .open = atomic_bit_open,
        .release = atomic_bit_release,
};

static struct miscdevice atomic_bit_dev = {
        .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
        .name = DEVICE_NAME,
        .fops = &atomic_bit_ops,
};

static int atomic_bit_probe(struct platfrom_device *pdv)
{
        printk(KERN_EMERG "	initalized
");
        misc_register(&atomic_bit_dev);

        return 0;
}

static int atomic_bit_remove(struct platform_device *pdv)
{
        printk(KERN_EMERG "	remvoe
");
        misc_deregister(&atomic_bit_dev);

        return 0;
}

struct platform_driver atomic_bit_driver = {
        .probe = atomic_bit_probe,
        .remove = atomic_bit_remove,
        .driver = {
                .name = DRIVER_NAME,
                .owner = THIS_MODULE,
        }
};

static int atomic_bit_init(void)
{
        int DriverState;

        printk(KERN_EMERG "atomic bit enter
");
        DriverState = platform_driver_register(&atomic_bit_driver);

        printk(KERN_EMERG "	DriverState is %d
", DriverState);
        return 0;
}

static void atomic_bit_exit(void)
{
        printk(KERN_EMERG "atomic bit exit
");

        platform_driver_unregister(&atomic_bit_driver);
}

module_init(atomic_bit_init);
module_exit(atomic_bit_exit);

open_ooopn：

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <errno.h>

int main(int argc,char **argv){
    char *atomic_bit = "/dev/atomic_bit";
    int fd1;
    
    if((fd1 = open(atomic_bit,O_RDWR|O_NDELAY))==0){
        printf("%s open %s success
",argv[0],atomic_bit);
    }
    else{    
        perror(argv[0]);
    }    
    
    while(1);
    close(fd1);
}

opne_two：

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <errno.h>

int main(int argc,char **argv){
    char *atomic_bit = "/dev/atomic_bit";
    int fd1;
    
    if((fd1 = open(atomic_bit,O_RDWR|O_NDELAY))==0){
        printf("%s open %s success!
",argv[0],atomic_bit);
    }
    else{    
        perror(argv[0]);
    }    
    
    while(1);
    close(fd1);
}