Linux內核開發之并發控制(一)

　　“小濤，你說十一黃金周，火車站，飛機場那些售票系統咋沒一個宕掉的呢。你不宕掉也沒關系，來兩個賣錯票的，說不定哥就去上海看世博，去北京看青梅竹馬的表妹了…”小王抱怨道。

　　“暈死..哥鄙視你，你說都老大不小的人了，怎么腦子里天天都是MM之類的事了，能不能有點男子氣概啊..”。

　　“靠，能跟你比啊，你是飽漢不知餓漢饑，要是像你一樣十一和…”

　　"嗯，啊，哼哼.."沒等他說完，我趕忙塞了雙臭襪子(哪天的也記不住了)。“得得，I 服了 you，ok”。

　　“不過話說回來，小王，你說的還真是個問題，想想這樣的問題，你和GF兩個要去西湖看白娘子，偏偏遇到老天跟你過不去，就只剩下一張票了，你和GF兩個誰去…“

　　"不是吧，我這命苦，好不容易有個GF，應該不會出現的，呵呵，如果出現…那好辦，我和她商量好，咱們一起在晚上12：00一起買票，這樣我們兩邊的售票員怎么看都各自有一張票，我們兩個就可以一起了"小王狡黠的笑著。

　　“笨，我一口一個鹽水噴死你，分明一張票，你們兩個同一個時間去兩個不同的售票點去買，它還是一張票，怎么可能說去兩個不同地方，兩個售票員都看到有一張票，然后就把這唯一的一張同時賣給了你們兩個人”我打斷到。"算了，看在室友兼我的最忠實狗仔隊員的身份，哥就傳授一招只傳MM的絕學----Linux設備驅動程序之并發控制"。

　　聽說過并發沒，那你肯定聽說過競爭，比如競爭上崗，還有你最熟悉的追MM，這也是競爭。那么

　　并發(concurrency)就是說多個執行單元同時，并行被執行，這多個單元卻不巧要同時訪問一些資源。這其中要分三種情況：

　　正所謂：道高一尺，魔高一丈，你孫悟空有72變，人家二郎神還有73變不是。有問題，沒關系，找小濤哥不是..呵呵。現在就教你幾招以備不時只需：

　　大家不是要競爭嗎，那好，總體原則就是不讓你競爭：保證一個執行單元在訪問共享資源的時候，其他的執行單元被禁止訪問，將競爭扼殺在萌芽狀態。這就是傳說中的對共享資源的互斥訪問。

　　出招表一：中斷屏蔽(可以保證正在執行的內核執行路徑不被中斷處理程序搶占,由于Linux內核的進程調度都依賴中斷來實現，內核搶占進程之間的競態就不存在了)

　　使用方法: local_irq_disable() //屏蔽中斷 說明：local_irq_disable()和local_irq_enable()都只能禁止和使能本CPU內的中斷

　　…. 并不能解決SMP多CPU引發的競爭。

　　critical section //臨界區

　　….

　　local_irq_enable() //開中斷

　　與local_irq_disable()不同，local_irq_save(flags)除了進行禁止中斷操作以外，還保證目前CPU的中斷位信息，local_irq_save(flags)進行相反的操作。

　　致命弱點: 由于Linux系統的異步I/O,進程調度等很多重要操作都依賴于中斷，在屏蔽中斷期間所有的中斷都無法處理，因此長時間屏蔽中斷是很危險的，有可能造

　　成數據丟失甚至系統奔潰。

　　出招表二：原子操作(忘了是物理還是化學老師拉著我的手說：原子是最小的，不能再分的東西.看多形象，執行過程不能被別的代碼路徑中斷的操作就是原子操作，還

　　想跟我競爭，門都沒有)。 分為整形原子和位原子操作。

　　使用方法一：整形原子操作

　　1)設置原子變量的值

　　void atomic_set(atomic_t *v, int i);//設置原子變量的值為i

　　atomic_t v = ATOMIC_INIT(0);//定義原子變量v并初始化為0

　　2)獲取原子變量的值

　　atomic_read(atomic_t *v);//返回原子變量的值

　　3)原子變量加/減

　　void atomic_add(int i,atomic_t *v); //原子變量增加i

　　void atomic_sub(int i,atomic_t *v); //原子變量減少i

　　4)原子變量自增/自減

　　void atomic_inc(atomic_t *v); //原子變量加1

　　void atomic_dec(atomic_t *v); //原子變量減1

　　5)操作并測試

　　int atomic_inc_and_test(atomic_t *v);//這些操作對原子變量執行自增,自減,減操作后測試是否為0,是返回true,否則返回false

　　int atomic_dec_and_test(atomic_t *v);

　　int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v);

　　6)操作并返回

　　int atomic_add_return(int i,atomic_t *v); //這些操作對原子變量進行對應操作，并返回新的值。

　　int atomic_sub_return(int i, atomic_t *v);

　　int atomic_inc_return(atomic *v);

　　int atomic_dec_return(atomic_t *v);

　　使用方法二:位原子操作。

　　1)設置位

　　void set_bit(nr, void *addr); //設置addr地址的第nr位，所謂設置位即將位寫為1

　　2)清除位

　　void clear_bit(nr,void *addr); //清除addr地址的第nr位，所謂清除位即將位寫為0

　　3)改變位

　　void change_bit(nr,void *addr); //對addr地址的第nr位反置

　　4)測試位

　　void test_bit(nr, void *addr); //返回addr地址的第nr位

　　5)測試并操作位

　　int test_and_set_bit(nr, void *addr);

　　int test_and_clear_bit(nr, void *addr);

　　int test_and_change_bit(nr, void *addr);

　　光說不練，不是好漢。這誰說的呢，咋就是記不得呢，看段代碼：

　　static atomic_t ato_avi = ATOMIC_INIT(1); //定義原子變量

　　static int ato_open(struct inode *inode, struct file *filp)

　　{

　　...

　　if (!atomic_dec_and_test(&ato_avi))

　　{

　　atomic_inc(&ato_avi);

　　return = - EBUSY; //已經打開

　　}

　　..

　　return 0; //已經打開

　　}

　　static int ato_release(struct inode *inode, struct file *filp)

　　{

　　atomic_inc(&ato_avi);

　　return 0;

　　}

　　出招表三:自旋鎖。正如其名,CPU上將要執行的代碼將會執行一個測試并設置某個內存變量的原子操作,若測試結果表明鎖已經空閑,則程序獲得這個自旋

　　鎖繼續運行;若仍被占用,則程序將在一個小的循環內重復測試這個"測試并設置"的操作.這就是自旋。

　　使用方法:1)spinlock_t spin; //定義自旋鎖

　　2)spin_lock_init(lock); //初始化自旋鎖

　　3)spin_lock(lock); //成功獲得自旋鎖立即返回，否則自旋在那里直到該自旋鎖的保持者釋放

　　spin_trylock(lock); //成功獲得自旋鎖立即返回真，否則返回假，而不是像上一個那樣"在原地打轉"

　　4)spin_unlock(lock);//釋放自旋鎖

　　自旋鎖一般像下邊這樣使用：

　　spinlock_t lock;

　　spin_lock_init(&lock);

　　spin_lock (&lock);

　　....//臨界區

　　spin_unlock(&lock);

　　還記的前邊說的第一招：中斷屏蔽中致命的弱點步，自旋鎖就是針對SMP或單個CPU但內核可搶占的情況，對于但CPU和內核不可搶占的系統，自旋鎖退化為空操作。還有就是自旋鎖解決了臨界區不受別的CPU和本CPU內的搶占進程打擾，但是得到鎖的代碼路徑在執行臨界區的時候還可能受到中斷和底半部的影響。

　　那咋辦呢，天要下雨，娘要嫁人，可二郎神的就是比你孫悟空多了一變，你能咋辦，打一架?打不過..所以說嘛，Linux社區的開發者們早想到了辦法：在自旋鎖的基礎上進行衍生，具體是怎么回事，且聽下回分解(每次說這句話是感覺好爽，這難道就是高手耍酷的樂趣..)..