Linux内核分析与应用课件第7章（一）内核同步概述.pdf

Linux内核同步机制概述 本文主要介绍Linux内核同步机制的概述，讨论了内核同步的必要性、竞争条件、临界区的概念、保护临界区的措施、原子操作等重要概念。 内核同步机制的必要性 在Linux内核中，存在多个任务并发执行，包括进程、中断、系统调用等，这些任务之间需要协调和同步，以避免对共享资源的破坏。内核同步机制的引入是为了解决这个问题。 竞争条件（Race Conditions） 竞争条件是指在多个任务并发执行时，访问共享资源的顺序不确定性，可能会导致错误。例如，在释放资源的例子中，如果counter的初值为2，当线程A将该变量的值刚被减为1，B线程枪占A，counter的初值被减为0，则线程B调用释放函数释放资源，然后，线程A恢复执行，因为counter的值为0，线程A也释放资源，出现一个资源被释放两次的错误。 临界区（Critical Regions） 临界区是指访问和操作共享数据的代码段。为了避免对临界区进行并发访问，编程者必须保证临界区代码被原子地执行。在释放资源的例子中，临界区是release_resource()函数中的counter减1操作。 保护临界区的措施 保护临界区的措施包括： 1. 使临界区的操作原子地进行（例如，使用原子指令） 2. 进入临界区后禁止枪占（例如，通过禁止中断、禁止下半部处理程序或者线程枪占等） 3. 串行的访问临界区（例如使用自选锁、互斥锁只允许一个内核任务访问临界区） 原子操作（Atomic Operations） 原子操作是指不能被打断的操作。在多CPU系统中，原子操作是必要的，以避免对共享资源的破坏。例如，在X86平台上，使用LOCK前缀的指令可以锁定系统总线，以避免错误的发生。在ARM平台上，采用不同的技术来提供原子操作。 原子类型（Atomic Types） 原子类型是一个特殊的类型，用于提供原子操作。例如，atomic_t类型是将一个整型counter放在结构体中，以提供原子操作。原子类型的定义是为了避免竞争条件的出现。 接口函数 在Linux内核中，提供了一些接口函数来操作原子类型，例如atomic_add、atomic_sub、atomic_read等，这些函数提供了原子操作的能力。