linux内核第七章内核中的同步ppt课件.ppt

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1、内核中的同步临界区和竞争状态内核同步措施并发控制对于应用程序开发来说，用户空间的任务调度与同步之间的关系相对简单，无需过多考虑需要同步的原因。因为:在用户空间中各个进程都拥有独立的运行空间，进程内部的数据对外不可见，所以各个进程即使并发执行也不会产生对数据访问的竞争。用户空间与内核空间独立，所以用户进程不会与内核任务交错执行，因此用户进程不存在与内核任务并发的可能。引言内核空间中情况要复杂得多，需要考虑同步的原因大大增加了。因为:内核空间中的共享数据对内核中的所有任务可见，所以当在内核中访问数据时，就必须考虑是否会有其他内核任务并发访问的可能、是否会

2、产生竞争条件、是否需要对数据同步。而内核并发的“罪魁祸首”便是内核中复杂多变的任务调度——这里的任务调度包含所有可能引起内核任务更换的情况。引言什么是临界区（criticalregions）?就是访问和操作共享数据的代码段,这段代码必须被原子地执行什么是竞争状态?多个内核任务同时访问同一临界区什么是同步?避免并发和防止竞争状态称为同步（synchronization）<>临界区和竞争状态考虑一个非常简单的共享资源的例子：一个全局整型变量和一个简单的临界区，其中的操作仅仅是将整型变量的值增加1：i++该操作可以转化成下面三条机器指令序列：(1)得到当前

3、变量i的值并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<>临界区举例内核任务1内核任务2获得i(1)---增加i(1->2)---写回i(2)---获得i(2)增加i(2->3)写回i(3)<>临界区举例内核任务1内核任务2获得i(1)------获得i(1)增加i(1->2)------增加i(1->2)写回i(2)------写回i(2)可能的实际执行结果：期望的结果当共享资源是一个复杂的数据结构时，竞争状态往往会使该数据结构遭到破坏。对于这种情况，锁机制可以避免竞争状态正如门锁和门一样，门后的房间可想象成一个临界区。

4、在一个指定时间内，房间里只能有个一个内核任务存在，当一个任务进入房间后，它会锁住身后的房门；当它结束对共享数据的操作后，就会走出房间，打开门锁。如果另一个任务在房门上锁时来了,那么它就必须等待房间内的任务出来并打开门锁后，才能进入房间。<>共享队列和加锁任何要访问队列的代码首先都需要占住相应的锁，这样该锁就能阻止来自其它内核任务的并发访问：<>任务1试图锁定队列成功：获得锁访问队列…为队列解除锁…任务2试图锁定队列失败：等待…等待…等待…成功：获得锁访问队列…为队列解除锁共享队列和加锁找出哪些数据需要保护是关键所在内核任务的局部数据仅仅被它本身访问，

5、显然不需要保护如果数据只会被特定的进程访问，也不需加锁大多数内核数据结构都需要加锁：若有其它内核任务可以访问这些数据，那么就给这些数据加上某种形式的锁；若任何其它东西能看到它，那么就要锁住它<>确定保护对象死锁产生的条件：有一个或多个并发执行的内核任务和一个或多个资源，每个任务都在等待其中的一个资源，但所有的资源都已经被占用。所有任务都在相互等待，但它们永远不会释放已经占有的资源，于是任何任务都无法继续典型的死锁：四路交通堵塞自死锁：一个执行任务试图去获得一个自己已经持有的锁<>死锁加锁的顺序是关键。使用嵌套的锁时必须保证以相同的顺序获取锁，这样可以

6、阻止致命拥抱类型的死锁不要重复请求同一个锁。越复杂的加锁方案越有可能造成死锁，因此设计应力求简单<>死锁的避免中断——中断几乎可以在任何时刻异步发生，也可能随时打断正在执行的代码。内核抢占——若内核具有抢占性，内核中的任务就可能会被另一任务抢占睡眠及与用户空间的同步——在内核执行的进程可能会睡眠，这将唤醒调度程序，导致调度一个新的用户进程执行对称多处理——两个或多个处理器可以同时执行代码<>并发执行的原因为了避免并发，防止竞争。内核提供了一组同步方法来提供对共享数据的保护原子操作自旋锁信号量<>内核同步措施原子操作可以保证指令以原子的方式被执行两个原

7、子操作绝对不可能并发地访问同一个变量Linux内核提供了一个专门的atomic_t类型（一个24位原子访问计数器）和一些专门的函数，这些函数作用于atomic_t类型的变量<>原子操作下面举例说明这些函数的用法：定义一个atomic_c类型的数据很简单，还可以定义时给它设定初值：atomic_tu;/*定义u*/atomic_tv=ATOMIC_INIT(0)/*定义v并把它初始化为0*/对其操作：atomic_set(&v,4)/*v=4(原子地)*/atomic_add(2,&v)/*v=v+2=6(原子地)*/atomic_inc(&v)/*v

8、=v+1=7（原子地)*/<>原子操作如果需要将atomic_t转换成int型，可以使用atomic_rea