第9章 內核同步介紹

臨界區:訪問和操作共享數據的代碼段

如果兩個執行線程有可能處于同一個臨界區中同時執行,那么就稱其為競爭條件

避免并發和防止競爭條件稱為同步。

加鎖

鎖是采用原子操作實現的,而原子操作不存在競爭。

造成并發執行的原因:

  • 用戶空間:
    • 用戶程序會被調度程序搶占和重新調度
    • 信號處理是異步發生的
  • 內核空間:
    • 中斷
    • 軟中斷和tasklet
    • 內核搶占
    • 睡眠及與用戶空間的同步
    • 對稱多處理

真正用鎖來保護共享資源并不困難,但辨認真正需要共享的數據和相應的臨界區,才是真正有挑戰的地方。因此,在編碼的開始階段就要設計恰當的鎖。大多數內核數據結構都需要加鎖。如果有其他執行線程可以訪問數據,那么就給這些數據加上某種形式的鎖;如果任何其他什么東西都能看到數據,那么就要鎖住它。注意:要給數據而不是代碼加鎖。

  • 中斷安全代碼:在中斷處理程序中能避免并發訪問的安全代碼
  • SMP安全代碼:在對稱多處理的機器中能避免并發訪問的安全代碼
  • 搶占安全代碼:在內核搶占時能避免并發訪問的安全代碼

死鎖

死鎖的產生需要一定條件:要有一個或多個執行線程和一個或多個資源,每個線程都在等待其中一個資源,但所有資源都已經被占用了。所有線程都在互相等待,但永遠不會釋放已經占有的資源。于是所有線程都無法繼續,發生了死鎖。

避免死鎖的一些簡單規則:

  • 按順序加鎖
  • 防止發生饑餓
  • 不要重復請求同一個鎖
  • 設計應力求簡單

爭用和擴展性

加鎖粒度用來描述加鎖保護的數據規模。

鎖的爭用(lock contention),簡稱爭用,是指當鎖正在被占用時,有其他線程試圖獲得該鎖。

當鎖爭用嚴重時,加鎖太粗會降低可擴展性;而鎖爭用不明顯時,加鎖過細會加大系統開銷,帶來浪費。這兩種情況都會造成系統性能下降。

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