Linux驱动学习记录-8.Linux并发与竞争

2021/10/16 7:14:44

本文主要是介绍Linux驱动学习记录-8.Linux并发与竞争,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

Linux是多任务操作系统,存在福哦个任务操作同一设备或内存的情况,现在介绍并发的管理。


文章目录

  • 一、原子操作
    • 1.整形操作API函数
    • 2.原子位操作API函数
  • 二、自旋锁
    • 1.自旋锁
    • 2.API函数
    • 3.其他类型的锁
  • 三、信号量
    • 1.信号量简介
    • 2.API函数
  • 三、互斥体
    • 1.互斥体简介
    • 2.API函数


一、原子操作

1.整形操作API函数

Linux内核定义了atomic_t的结构体来完成整形数据的原子操作。用原子变量代替整形变量。

typedef struct {
	int counter;
}atomic_t;

atomic_t a;
atomic_t b = ATOMIC_INIT(0);
函数描述
ATONMIC_INT(int i)定义原子变量并初始化值为i
int atomic_read(atomic_t *v)读取v的值,并且返回
void atomic_set(atomic_t *v, int i)向v写入i
void atomic_add(int i, atomic_t *v)v加上i
void atomic_sub(int i, atomic_t *v)v减去i
void atomic_inc(atomic_t *v)v自加1
void atomic_dec(atomci_t *v)v自减1
int atomic_dec_return(atomic_t *v)v自建1,并返回v的值
int atomic_inc_return(atomic_t *v)v自加1,并返回v的值
int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v)v减去i,为0返回真,否则返回假
int atomic_dec_and_test(atomic_t *v)v自减1,为0返回真,否则返回假
int atomic_inc_and_test(atomic *v)v自加1,为0返回真,否则返回假
int atomic_add_negative(int i, atomic_t *v)v加上i,为负返回真,否则返回假

2.原子位操作API函数

函数描述
void set_bit(int nr,void *p)将地址p的第nr位设置1
void clesr_bit(int nr, void *p)将地址p的第nr位清零
void change_bit(int nr, void *p)将地址p的第nr位翻转
int test_bit (int nr, void *p)获取地址p的第nr位
int test_and_set_bit(int nr, void *p)获取地址p的nr位,再置1
int test_and_clesr_bit(int nr, void *p)获取地址p的nr位,再清零
int test_and_change_bit(int nr, void *p)获取地址p的nr位,再翻转

二、自旋锁

1.自旋锁

原子操作只能对整形或者位保护,自旋锁可以保护临界区,等待自旋锁的进程会一直出于自旋状态,会浪费处理器时间,降低系统性能,所以自旋锁适用于短时期轻量级加锁。

typedef struct spinlock {
	/**/
} spinlock_t;

spinlock_t lock;

2.API函数

函数描述
DEFINE_SPINLOCK(spinlock_t lock)定义并初始化一个自选变量
int spin_lock_init(spinlock_t *lock)初始化自旋锁
void spin_lock(spinlock_t *lock)加锁
void spin_unlock(spinlock_t *lock)解锁
int spin_trylock(spinlock_t *lock)尝试获取指定自旋锁,没获取返回0
int soin_is_locked(spinlock_t *lock)检查自旋锁是否被获取,没获取返回非0,获取返回0

被自旋锁保护的临界区不能调用能够引起睡眠或阻塞的API函数,否则会产生死锁现象。获取锁之前要禁止本地中断。

spin_lock(&lock);
/*
临界区,程序尽量精简
*/
spin_unlock(&lock);
函数描述
void spin_lock_irq(spinlock_t *lock)禁止本地中断,获取自旋锁
void spin_unlock_irq(spinlock_t *lock)激活本地中断,释放自旋锁
void spin_lock_irqsave(spinlock_t *lock, unsigned long flags)保存中断状态,禁止本地中断,获取自旋锁
void spin_unlock_irqrestore(spinlock_t *lock, unsigned long flags)中断恢复以前状态,激活本地中断,释放自旋锁

在线程中建议使用后面两个,保存/恢复中断状态。在中断中使用spin_lock/spin_unlock

3.其他类型的锁

读写自旋锁,一个表里的数据进行保护,每次只能一个操作,读或者写。

typedef struct{
	arch_rwlock_t raw_lock;
}rwlock_t;

顺序锁,允许在写的时候读,但不允许同时并发的写操作。

typedef struct {
	struct seqcount seqcount;
	spinlock_t lock;
} seqlock_t;

三、信号量

1.信号量简介

相比于自旋锁,信号量让进程进入休眠状态,不再占用cpu资源。而自旋锁让进程自旋。信号量适用于占用资源较长的场景。信号量不能用于中断,因为信号量引起休眠,中断不能休眠。如果临界区较短,不适用信号量,因为休眠和唤醒也要开销,不划算。
信号量有一个信号量值,初始化是如果大于1,就是计数型信号量,没访问一次信号量减一,直到等于0,不再访问,等待其他进程释放信号量,加一。如果信号量值不大于1,就是互斥访问,此时就是二值信号量。

struct semaphore {
	raw_spinlock_t    lock;
	unsigned int      count;
	struct list_head  wait_list;
}

2.API函数

函数描述
DEFINE_SEAMPHORE(name)定义一个信号量,设值为1
void sema_init(struct semaphore *sem, int val)初始化信号量,设值为val
void down(struct semaphore *sem)获取信号量,休眠
int down_trylock(struct semaphore *sem)尝试获取信号量,获取就返回0,没获取返回非0
int down_interruptible(struct semaphore *sem)此函数进入休眠可以被信号打断
void up(struct semaphore *sem)释放信号量

三、互斥体

1.互斥体简介

互斥体访问表示一次只有一个线程可以访问共享资源,可以让信号量的值为1,也可代表互斥访问。Linux提供互斥体-mutex。互斥访问建议使用mutex,而不用信号量。

struct mutex{
	atomic_t    count;
	spinlock_t  wait_lock;
}

mutex可以导致休眠,不能在中断中使用互斥体,中断只能使用自旋锁
和信号量一样,mutex保护的临界区可以调用引起阻塞的函数
必须由mutex持有者释放,并且mutex不能递归上锁和解锁

2.API函数

函数描述
DEFINE_MUTEX(name)定义并初始化mutex
void mutex_init(struct mutex *lock)初始化mutex
void mutex_lock(struct mutex *lock)获取mutex,获取失败就休眠
void mutex_unlock(struct mutex *lock)释放mutex
int mutex_trylock(struct mutex *lock)尝试获取mutex,成功返回1,失败返回0
int mutex_is_locked(struct mutex *lock)判断mutex是否被获取,是返回1,否返回0
int mutex_lock_interruptible(struct mutex *lock)获取信号量失败进入休眠,可以被信号打断


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