一：什么是同步与互斥
互斥与同步机制是计算机系统中，用于控制进程对某些特定资源的访问的机制。
同步是指用于实现控制多个进程按照一定的规则或顺序访问某些系统资源的机制。
互斥是指用于实现控制某些系统资源在任意时刻只能允许一个进程访问的机制。
互斥是同步机制中的一种特殊情况。同步机制是linux操作系统可以高效稳定运行的重要机制。
同步：强调的是顺序性
互斥：强调的是排他性
竞态：多个执行单元同时被执行，处理的是同一个资源，就会导致竞态
导致竞态原因：
1.多进程同时访问操作临界资源(进程和抢占它的进程之间会导致竞态)
2.进程和中断
3.对称多处理器
二：解决竞态的具体方法
1.屏蔽中断
中断屏蔽；local_irq_disable() 临界区； 使能中断；local_irq_enable()
要求：临界区代码执行时间足够短。
中断屏蔽函数，只能屏蔽本CPU的中断
2.自旋锁
自旋锁相关函数声明和数据类型定义，在linux/spinlock.h中
自旋锁数据类型：spinlock_t
spin_lock_init(spinlock_t *lock) 功能：初始化自旋锁 参数： @lock 自旋锁结构体指针
void spin_lock(spinlock_t *lock) 功能：自旋锁上锁 参数： @lock 自旋锁结构体指针
int spin_trylock(spinlock_t *lock) 功能：自旋锁上锁 参数： @lock 自旋锁结构体指针 特点：如果上锁失败，错误返回
void spin_unlock(spinlock_t *lock) 功能：自旋锁解锁 参数： @lock 自旋锁结构体指针
void flags_init(int *flags,int val) 2 { 3 *flags = val; 4 } 5 int flags_sub_and_test(int *flags) 6 { 7 (*flags)‐‐;
8 if(*flags == 0){ 9 return 1; 10 }else{ 11 return 0; 12 } 13 } 14 void flags_add(int *flags,int val) 15 { 16 *flags+=val; 17 }
18 19 int demo_open(struct inode *inode, struct file *filp) 20 { 21 spin_lock(&(my_cdev‐>spin)); 22 if(!flags_sub_and_test(&(my_cdev‐>flags))){ 23 flags_add(&(my_cdev‐>flags),1); 24 spin_unlock(&(my_cdev‐>spin)); 25 return ‐EBUSY; 26 } 27 spin_unlock(&(my_cdev‐>spin)); 28 printk("‐‐‐devfile_minor:%d‐‐‐\n",MINOR(inode‐>i_rdev)); 29 printk(KERN_DEBUG "‐‐‐%s‐‐‐%s‐‐‐%d‐‐‐\n",__FILE__,__func__,__LINE__); 30 return 0; 31 }
32 33 int demo_release(struct inode *inode, struct file *filp) 34 { 35 spin_lock(&(my_cdev‐>spin)); 36 flags_add(&(my_cdev‐>flags),1); 37 spin_unlock(&(my_cdev‐>spin)); 38 printk(KERN_DEBUG "‐‐‐%s‐‐‐%s‐‐‐%d‐‐‐\n",__FILE__,__func__,__LINE__); 39 return 0; 40 }
41 42 int __init demo_init(void) 43 { 44 ... 45 flags_init(&(my_cdev‐>flags),1); 46 spin_lock_init(&(my_cdev‐>spin)); 47 return 0;
48 }
3.原子操作
对变量的操作，一次性完成，中间不能被打断。 要完成原子操作，必须使用到汇编代码，C嵌套汇编的形式实现。 汇编代码和体系架构相关。 <asm/atomic.h>
原子操作相关的代码：
原子变量的数据类型： typedef struct { int counter; } atomic_t; atomic_set(atomic_t *v,int i) //设置原子变量值 void atomic_add(int i, atomic_t *v) //原子变量加i int atomic_add_return(int i, atomic_t *v) //对原子变量进行加操作，操作后，返回 加完以后的值 void atomic_sub(int i, atomic_t *v) //原子变量减i int atomic_sub_return(int i, atomic_t *v) //对原子变量进行减操作，操作后，返回 加完以后的值
#define atomic_inc(v) atomic_add(1, v) //自加 #define atomic_dec(v) atomic_sub(1, v) //自减
#define atomic_inc_and_test(v) (atomic_add_return(1, v) == 0) //自加并测 试，和0进行比较 #define atomic_dec_and_test(v) (atomic_sub_return(1, v) == 0) //自减并测 试，和0进行比较
1 int demo_open(struct inode *inode, struct file *filp) 2 { 3 if(!atomic_dec_and_test(&(my_cdev‐>ato))){ 4 atomic_inc(&(my_cdev‐>ato)); 5 return ‐EBUSY; 6 } 7 printk("‐‐‐devfile_minor:%d‐‐‐\n",MINOR(inode‐>i_rdev)); 8 printk(KERN_DEBUG "‐‐‐%s‐‐‐%s‐‐‐%d‐‐‐\n",__FILE__,__func__,__LINE__); 9 return 0; 10 }
11 12 int demo_release(struct inode *inode, struct file *filp) 13 { 14 atomic_inc(&(my_cdev‐>ato)); 15 printk(KERN_DEBUG "‐‐‐%s‐‐‐%s‐‐‐%d‐‐‐\n",__FILE__,__func__,__LINE__); 16 return 0; 17 }
18 19 int __init demo_init(void) 20 { 21 ... 22 atomic_set(&(my_cdev‐>ato),1); 23 ... 24 return 0; 25 }4.互斥体
<linux/mutex.h> 互斥体的数据类型： struct mutex
mutex_init(struct mutex *mutex) 功能：初始化互斥体
参数： @mutex 互斥体结构体指针
void mutex_lock(struct mutex *lock) //上锁 void mutex_unlock(struct mutex *lock) //解锁
1.初始化 2.找到临界资源和临界区 3.使用互斥体来保护临界区
互斥体上锁 —>>> 互斥体上锁失败，会导致应用层进程休眠 临界区 互斥体解锁
5.信号量
信号量的操作本质就是PV操作（加减操作），如果信号量为0，执行减操作失败，会导 致应用层进程休眠。
<linux/semaphore.h>
信号量数据类型： struct semaphore
#define DEFINE_SEMAPHORE(name) //定义并初始化信号量，name 信号量变 量名
void sema_init(struct semaphore *sem, int val) 功能：初始化信号量 参数： @sem 信号量结构体指针 @val 初始化信号量的值
void down(struct semaphore *sem);
功能：信号量减操作，减失败后进程休眠等（不可中断休眠态） int down_interruptible(struct semaphore *sem); 功能：信号量减操作，减失败后进程休眠等（可中断休眠态） int down_trylock(struct semaphore *sem); 功能：信号量减操作，减操作失败，报错返回 void up(struct semaphore *sem); 功能：信号量加操作
进程的可中断和不可中断指的是被信号中断
信号量可以实现同步，也可以实现互斥，就看信号量的值被初始化成几
