linux内核同步机制

关于同步理论的一些基本概念

• 临界区（critical area）: 访问或操作共享数据的代码段 简单理解：synchronized大括号中部分（原子性）
• 竞争条件（race conditions）两个线程同时拥有临界区的执行权
• 数据不一致：（data unconsistency） 由竞争条件引起的数据破坏
• 同步（synchronization）避免race conditions
• 锁：完成同步的手段（门锁，门后是临界区，只允许一个线程存在） 上锁解锁必须具备原子性
• 原子性（象原子一样不可分割的操作）
• 有序性（禁止指令重排）
• 可见性（一个线程内的修改，另一个线程可见）

内核同步常用方法

1. 原子操作 – 内核中类似于AtomicXXX，位于<linux/types.h>
2. 自旋锁 – 内核中通过汇编支持的cas，位于<asm/spinlock.h>
3. 读-写自旋 – 类似于ReadWriteLock，可同时读，只能一个写 读的时候是共享锁，写的时候是排他锁
4. 信号量 – 类似于Semaphore(PV操作 down up操作 占有和释放） 重量级锁，线程会进入wait，适合长时间持有的锁情况
5. 读-写信号量 – downread upread downwrite upwrite （多个写，可以分段写，比较少用）(分段锁）
6. 互斥体(mutex) – 特殊的信号量（二值信号量）
7. 完成变量 – 特殊的信号量（A发出信号给B，B等待在完成变量上） vfork() 在子进程结束时通过完成变量叫醒父进程 类似于(Latch)
8. BKL：大内核锁（早期，现在已经不用）
9. 顺序锁（linux 2.6内核新增）： – 线程可以挂起的读写自旋锁 序列计数器（从0开始，写时增加(+1)，写完释放(+1)，读前发现单数，说明有写线程，等待，读前读后序列一样，说明没有写线程打断） 读自旋，写只能一个写，不妨碍读 如果读线程发现是偶数，说明在读的时候没有任何人改变过。 如果读线程发现是奇数，说明你读到的可能是中间状态，你可以选择继续自旋，等待值变为偶数。 读前读后序列一样，说明没有写线程打断。
10. 禁止抢占 – preempt_disable() ，这个线程在执行过程中，不允许任何线程打断。对于单核cpu多线程的优化
11. 内存屏障 – 见volatile