Linux内核互斥技术1
Linux内核互斥技术
在内核中，可能出现多个进程访问同一个对象、进程和硬中断访问同一个对象、多个处理器访问同一个对象等现象，我们需要使用互斥技术，确保每个时刻只有一个主体可以进入临界区访问对象
如果临界区的执行时间比较长或者可能睡眠，可使用：
- 信号量，大多数我们使用互斥信号量
- 读写信号量
- 互斥锁
- 实施互斥锁
申请这些锁的时候，如果锁被其他进程占有，进程将会睡眠等待，代价很高
如果申请临界区的执行时间短，并且不会睡眠，那么使用上面的锁不太合适，因为进程切换代价很高，可以使用：
- 原子变量
- 自旋锁
- 读写自旋锁
- 顺序锁
申请这些锁的时候，如果锁被其他进程占有，进程自旋等待（也称忙等待）
进程还可以使用以下技术
- 禁止内核抢占，防止被当前处理器上的其他进程抢占
- 禁止软中断，防止被当前处理器上的软中断抢占
- 禁止硬中断，防止被当前处理器上的硬中断抢占
避免使用锁的互斥技术
- 每处理器变量
- 每处理器计数器
- 内存屏障
- 读-复制更新
- 可睡眠RCU
信号量
信号量允许多个进程同时进入临界区，大多情况下只允许一个进程进入临界区，把信号量的计数值设置为1，即二值信号量，也称为互斥信号量
与自旋锁相比，信号量适合保护比较长的临界区，因为竞争信号量时进程可能睡眠被再次唤醒，代价高
struct semaphore {
raw_spinlock_t lock; /* 自旋锁，保护信号量其他成员 */
unsigned int count; /* 计数器，表示还可以允许多少进程进入临界区 */
struct list_head wait_list; /* 等待进入临界区的进程链表 */
};
读写信号量
struct rw_semaphore {
atomic_long_t count;
atomic_long_t owner;
#ifdef CONFIG_RWSEM_SPIN_ON_OWNER
struct optimistic_spin_queue osq; /* spinner MCS lock */
#endif
raw_spinlock_t wait_lock; /* 自旋锁，保护信号量其他成员 */
struct list_head wait_list; /* 等待进入临界区的进程链表 */
#ifdef CONFIG_DEBUG_RWSEMS
void *magic;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
struct lockdep_map dep_map;
#endif
};
互斥锁
互斥锁只允许一个进程进入临界区，适合保护比较长的临界区，因为竞争互斥锁时进程可能睡眠和再次唤醒，代价很高，尽管可以把二值信号量当作互斥锁使用
struct mutex {
atomic_long_t owner;
spinlock_t wait_lock;
#ifdef CONFIG_MUTEX_SPIN_ON_OWNER
struct optimistic_spin_queue osq; /* Spinner MCS lock */
#endif
struct list_head wait_list;
#ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
void *magic;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
struct lockdep_map dep_map;
#endif
};
实时互斥锁
如果使用实时互斥锁，编译内核时需要开启配置宏CONFIG_RT_MUTEXES
struct rt_mutex {
raw_spinlock_t wait_lock;
struct rb_root_cached waiters;
struct task_struct *owner;
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
struct lockdep_map dep_map;
#endif
};