操作系统第五课：内核同步机制

内核同步机制

关于同步理论的一些基本概念

• 临界区（critical area）: 访问或操作共享数据的代码段 简单理解：synchronized大括号中部分（原子性）

• 竞争条件（race conditions）两个线程同时拥有临界区的执行权

• 数据不一致：data unconsistency 由竞争条件引起的数据破坏

• 同步（synchronization）避免race conditions

• 锁：完成同步的手段（门锁，门后是临界区，只允许一个线程存在） 上锁解锁必须具备原子性

• 原子性（象原子一样不可分割的操作）

• 有序性（禁止指令重排）

• 可见性（一个线程内的修改，另一个线程可见）

互斥锁 排他锁 共享锁 分段锁

内核同步常用方法

1. 原子操作 – 内核中类似于AtomicXXX，位于<linux/types.h>

2. 自旋锁 – 内核中通过汇编支持的cas，位于<asm/spinlock.h>

3. 读-写自旋 – 类似于ReadWriteLock，可同时读，只能一个写 读的时候是共享锁，写的时候是排他锁

4. 信号量 – 类似于Semaphore(PV操作 down up操作 占有和释放） 重量级锁，线程会进入wait，适合长时间持有的锁情况

5. 读-写信号量 – downread upread downwrite upwrite （多个写，可以分段写，比较少用）(分段锁）

6. 互斥体(mutex) – 特殊的信号量（二值信号量）

7. 完成变量 – 特殊的信号量（A发出信号给B，B等待在完成变量上） vfork() 在子进程结束时通过完成变量叫醒父进程 类似于(Latch)

8. BKL：大内核锁（早期，现在已经不用）

9. 顺序锁（2.6）： – 线程可以挂起的读写自旋锁 序列计数器（从0开始，写时增加(+1)，写完释放(+1)，读前发现单数， 说明有写线程，等待，读前读后序列一样，说明没有写线程打断）

10. 禁止抢占 – preempt_disable()

11. 内存屏障 – 见volatile