Linux互斥与同步 零、前言 一、Linux线程互斥 1、基本概念及引入 2、互斥量mutex介绍 3、互斥量的使用 4、互斥量原理 二、可重入/线程安全 1、基本概念 2、线程安全 3、重入函数 4、联系与区别 三、常见锁概念 四、Linux线程同步 1、基本概念 2、条件变量的使用 3、条件变量等待 4、条件变量使用规范 五、POSIX信号量 1、信号量概念及介绍 2、信号量的使用 零、前言 本章主要讲解学习Linux中对多线程的执行中的同步与互斥 一、Linux线程互斥 1、基本概念及引入 互
除了原子操作,中断屏蔽,自旋锁以及自旋锁的衍生锁之外,在Linux内核中还存在着一些其他同步互斥的手段。
信号量强调的是线程(或进程)间的同步:“信号量用在多线程多任务同步的,一个线程完成了某一个动作就通过信号量告诉别的线程,别的线程再进行某些动作(大家都在sem_wait的时候,就阻塞在那里)。当信号量为单值信号量时,也可以完成一个资源的互斥访问。信号量测重于访问者对资源的有序访问,在大多数情况下,同步已经实现了互斥,特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。
在处理进程间的同步与互斥问题时,我们离不开信号量和PV原语,使用这两个工具的目的在于打造一段不可分割不可中断的程序。应当注意的是,信号量和PV原语是解决进程间同步与互斥问题的一种机制,但并不是唯一的机制。
在单线程的程序里,有两种基本的数据:全局变量和局部变量。但在多线程程序里,还有第三种数据类型:线程数据(TSD: Thread-Specific Data)。
linux内核中有多种内核锁,内核锁的作用是: 多核处理器下,会存在多个进程处于内核态的情况,而在内核态下,进程是可以访问所有内核数据的,因此要对共享数据进行保护,即互斥处理; linux内核锁机制有信号量、互斥锁、自旋锁还有原子操作。 一、信号量(struct semaphore): 是用来解决进程/线程之间的同步和互斥问题的一种通信机制,是用来保证两个或多个关键代码不被并发调用。 信号量(Saphore)由一个值和一个指针组成,指针指向等待该信号量的进程。信号量的值表示相应资源的使用情况。信号量S>=0
---- Hello、Hello大家好,我是木荣,今天我们继续来聊一聊Linux中多线程编程中的重要知识点,详细谈谈多线程中同步和互斥机制。 同步和互斥 互斥:多线程中互斥是指多个线程访问同一资源时同时只允许一个线程对其进行访问,具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序,即访问是无序的; 同步:多线程同步是指在互斥的基础上(大多数情况),通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下,同步已经实现了互斥,特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源
对于信号量我们并不陌生。信号量在计算机科学中是一个很容易理解的概念。本质上,信号量就是一个简单的整数,对其进行的操作称为PV操作。进入某段临界代码段就会调用相关信号量的P操作;如果信号量的值大于0,该值会减1,进程继续执行。相反,如果信号量的值等于0,该进程就会等待,直到有其它程序释放该信号量。释放信号量的过程就称为V操作,通过增加信号量的值,唤醒正在等待的进程。
因为现代操作系统是多处理器计算的架构,必然更容易遇到多个进程,多个线程访问共享数据的情况,如下图所示:
1.假设p1先执行,执行到p(s), s-=1, 此时s=-1<0,进程阻塞,主动放弃cpu使用权,cpu调度执行p2,执行p2的具体任务,然后进行v(s),,s+=1,s=0,p2执行完毕。cpu调度继续执行p1,此时s=0,p1被唤醒,因此就达到了先执行p2后执行p1的同步关系。 2.假设p2先执行,首先执行具体的代码,然后进行v(s),s+=1,s=1>0,然后p2执行完毕。cpu调度执行p1,p1首先p(s),s-=1,s=0,然后执行具体的代码。同样也达到了先执行p2后执行p1的同步关系。 二.Linux下信号量实现同步,线程2先执行输出"hello",线程1后执行输出"world\n"的功能
初学操作系统的时候,我就一直懵逼,为啥进程同步与互斥机制里有信号量机制,进程通信里又有信号量机制,然后你再看网络上的各种面试题汇总或者博客,你会发现很多都是千篇一律的进程通信机制有哪些?进程同步与互斥机制鲜有人问津。看多了我都想把 CSDN 屏了.....,最后知道真相的我只想说为啥不能一篇博客把东西写清楚,没头没尾真的浪费时间。
在现代操作系统里,同一时间可能有多个内核执行流在执行,因此内核其实像多进程多线程编程一样也需要一些同步机制来同步各执行单元对共享数据的访问,尤其是在多处理器系统上,更需要一些同步机制来同步不同处理器上的执行单元对共享的数据的访问。在主流的Linux内核中包含了如下这些同步机制包括:
操作系统中的进程是指正在运行的程序的实例。每个进程都有自己的地址空间、数据和代码。进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。
综述 在上一篇介绍了linux驱动的调试方法,这一篇介绍一下在驱动编程中会遇到的并发和竟态以及如何处理并发和竞争。 首先什么是并发与竟态呢?并发(concurrency)指的是多个执行单元同时、并行被执行。而并发的执行单元对共享资源(硬件资源和软件上的全局、静态变量)的访问则容易导致竞态(race conditions)。可能导致并发和竟态的情况有: SMP(Symmetric Multi-Processing),对称多处理结构。SMP是一种紧耦合、共享存储的系统模型,它的特点是多个CPU使用共同的系统总线
由于各个进程之间独享一块用户地址空间,一般而言这块独立的用户地址空间不能互相访问,所以进程之间想要通信必须通过内核空间(每个进程共享)。
在早期的 Linux内核中,并发的来源相对较少。早期内核不支持对称多处理( symmetric multi processing,SMP),因此,导致并发执行的唯一原因是对硬件中断的服务。这种情况处理起来较为简单,但并不适用于为获得更好的性能而使用更多处理器且强调快速响应事件的系统。
线程 为什么使用线程? 使用fork创建进程以执行新的任务,该方式的代价很高——子进程将父进程的所有资源都复制一遍。 多个进程之间不会直接共享内存。 进程是系统分配资源的基本单位,线程是进程的基本执行
1、信号量的定义: struct semaphore { spinlock_t lock; unsigned int count; struct list_head wait_list; }; 在linux中,信号量用上述结构体表示,我们可以通过该结构体定义一个信号量。 2、信号量的初始化: 可用void sema_init(struct semaphore *sem, int val);直接创建,其中val为信号量初值。也可以用两个宏来定义和初始化信号量的值为1或0: DECLAR
并发相关的缺陷是最容易制造的,也是最难找到的,为了响应现代硬件和应用程序的需求,Linux 内核已经发展到同时处理更多事情的时代。这种变革使得内核性能及伸缩性得到了相当大的提高,然而也极大提高了内核编程的复杂性。
Linux 内核中的同步机制:原子操作、信号量、读写信号量、自旋锁的API、大内核锁、读写锁、大读者锁、RCU和顺序锁。 1、介绍 在现代操作系统里,同一时间可能有多个内核执行流在执行,即使单CPU内核也需要一些同步机制来同步不同执行单元对共享的数据的访问。 主流的Linux内核中的同步机制包括: 原子操作 信号量(semaphore) 读写信号量(rw_semaphore) 自旋锁spinlock 大内核锁BKL(Big Kernel Lock) 读写锁rwlock、 brlock(只包含在2.4内核中
这两天看进程的同步与通信,看了几本书上的介绍,也从网上搜了很多资料,越看越迷惑,被这几个问题搞得很纠结。
进程与线程之间是有区别的,不过linux内核只提供了轻量进程的支持,未实现线程模型。Linux是一种“多进程单线程”的操作系统。Linux本身只有进程的概念,而其所谓的“线程”本质上在内核里仍然是进程。
生产者消费者模型(CP模型)是一种非常经典的设计,常常出现在各种 「操作系统」 书籍中,深受教师们的喜爱;这种模型在实际开发中还被广泛使用,因为它在多线程场景中是十分高效的!
在上一篇文章中,我们探讨了进程间通信的三种常见机制:管道、消息队列和共享内存。我们了解到,这些机制各有其特点和适用场景,可以根据实际需求选择合适的机制进行进程间通信。然而,进程间通信并不仅限于这三种方式。
文章主要介绍了在Linux系统中,如何利用自旋锁来实现线程之间的同步和互斥。主要包括了自旋锁的定义、工作原理、使用方式和注意事项,并通过实例介绍了如何在C语言中实现自旋锁。
前言:非常早之前就接触过同步这个概念了,可是一直都非常模糊。没有深入地学习了解过,最近有时间了,就花时间研习了一下《linux内核标准教程》和《深入linux设备驱动程序内核机制》这两本书的相关章节。趁刚看完,就把相关的内容总结一下。
进程间通信(IPC,Inter-Process Communication),指至少两个进程或线程间传送数据或信号的一些技术或方法。
用于进程间传递信号的一个整数值。在信号量上只有三种操作可以进行:初始化,P操作和V操作,这三种操作都是原子操作。
多线程编程已经成为了现代软件开发的重要组成部分。对于Linux操作系统而言,多线程的支持和实现更是被广泛应用。本文将通过详细解析Linux操作系统中的多线程概念、线程的创建与管理、同步与互斥、线程间通信等方面,并结合示例代码,来深入探讨Linux的多线程编程。
C++语言并不支持多线程,C++的多线程编程是通过调用操作系统的低层函数实现的,常见的操作系统平台有MS的Windows、UNIX、LINUX、Open Solaris,C、C++都可以很好调用系统函数实现多线程。
在 System V 通信标准中,还有一种通信方式:消息队列,以及一种实现互斥的工具:信号量;随着时代的发展,这些陈旧的标准都已经较少使用了,但作为 IPC 中的经典知识,我们可以对其做一个简单了解,扩展 IPC 的知识栈,尤其是 信号量,可以通过它,为以后多线程学习中 POSIX 信号量的学习做铺垫
进程管理是操作系统中一个核心的功能,负责创建、调度、同步和终止进程。一个进程基本上是一个程序的执行实例,包含了程序的代码和其活动的数据以及执行历史的状态。有效的进程管理对于确保系统的稳定性、效率和公平性至关重要。
管道可用于具有亲缘关系进程间的通信,有名管道除了具有管道所具有的功能外,它还允许无亲缘关系进程间的通信。
楼主本来是要继续写服务器并发的,但是后续的服务器相关点都和进程线程联系在一起,所以先把进程线程相关内容写完吧! 这次只写进程线程的概述,实际操作后续博文逐一代码实现。 进程同步or进程通信/线程同步or线程通信? 这两组概念迷惑我至今,网上和书籍对这个的描述也是爱用啥用啥的感觉,今天又重新理了一遍。 什么是同步:同步就是数据保持一致,无论是进程还是线程,都是实现了代码执行流程的分支,多个分支同时进行。多个分支互不干扰,但是又有些数据需要共享,让这些数据对所有分支保持一致即为同步。 什么是
信号量是操作系统中重要的一部分,信号量一般用来进行资源管理和任务同步,FreeRTOS 中信号量又分为二值信号量、计数型信号量、互斥信号量和递归互斥信号量。
前言:在大学的时候,我们班级上面都有很多人觉得学习UCOSII(包括UCOSIII)是没什么厉害的,因为很多人都喜欢去学习Linux操作系统,但是,但是,真实的对整个UCOSII操作系统进行学习,我可以保证,如果你是基于源码级别的阅读的话,绝对是不简单的。仅仅是调用几个API的话,是永远用不好UCOSII的操作系统的。还有你真正学通了UCOSII操作系统的话,那么你对Linux操作系统的内核也不会有太大的难度。
信号量是并发编程中常见的一种同步机制,在需要控制访问资源的线程数量时就会用到信号量,关于什么是信号量这个问题,我引用一下维基百科对信号量的解释,大家就明白了。
互斥信号量可以在资源保护的时候很有帮助。用于控制在两个或多个任务间访问共享资源。任务1里面用互斥,那么任务2只能等任务1访问完再访问同一个变量。
互斥信号量的主要作用是对资源实现互斥访问,使用二值信号量也可以实现互斥访问的功能,不过互斥信号量与二值信号量有区别。下面我们先举一个通过二值信号量实现资源独享,即互斥访问的例子,让大家有一个形象的认识,进而引出要讲解的互斥信号量。
为了实现跨平台,需要将差异性接口抽象出来,我们整个组件需要抽象几个内容:①日志接口;②内存管理接口;③ 线程接口;④互斥量接口;⑤信号量接口。以CMSIS接口为例的实现:
Linux里的信号量是一种睡眠锁,调用者试图获得一个已被占用的信号量时,信号量会将其推入一个等待队列,让其睡眠。当该信号量被释放后,等待队列中的任务会被唤醒,获得该信号量。
* UNIX进程间通信方式: 包括管道(PIPE), 有名管道(FIFO), 和信号(Signal)
Semaphore概述 信号量:它是不同进程或者一个给定进程内部不同线程间同步的机制 二值信号量:值为0或者1,与互斥锁类似,资源可用时,值为1,不可用时,值为0 计数信号灯:值在0到n之间。用来统计资源,其值代表可用资源数 等待操作:等待信号灯的值变为大于0,然后将其减1;而释放操作则相反,用来唤醒等待资源的进程或者线程 System V 信号灯(进程同步):是一个或者多个信号灯的一个集合。其中的每一个都是单独的计数信号灯。而Posix信号灯(线程同步)指的是单个计数信号灯 System V 信号灯由内核
最后运行的结果不是固定的,有可能是0、-1,如果有这个ticket_num变量代表是库存的话,那么就会出现库存为负数的情况,所以需要引入线程同步来保证线程安全。
阅读前面的文章,我们已经知道了进程是操作系统对正在运行的程序的抽象。现代操作系统中,进程通常需要和其他进程进行通信。我们称之为进程间通信 问题。又叫做IPC(Inter Process Communication) 问题。IPC主要解决以下3个问题:
现代操作系统基本都是多任务操作系统,即同时有大量可调度实体在运行。在多任务操作系统中,同时运行的多个任务可能:
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