埋め込まれたLINUX駆動型学習8競合状態と同時実行関連の問題（ゼロ）の基本理論

1.並行性と競争とは何ですか？

同時実行性：複数の実行ユニットが同時に発生します。
実行ユニットはプロセスと割り込みを参照します。
競合状態：複数の実行ユニットが共有リソースに同時にアクセスして競合状態を形成します。
したがって、競合状態を形成するには、以下が必要です
。1.複数存在する必要があります。実行ユニット
2.共有リソースが必要です（プログラム内のグローバル変数、操作用のさまざまなレジスター）
3.アクセスは同時に発生する必要があります。
要約：競合状態を回避する方法は、実行ユニットが共有リソースにアクセスしているときにCPUが中断しないようにすることです共有リソースへのアクセス、共有リソースへのアクセス
中、CPUリソースの切り替えは発生しません。この共有リソースへのアクセス操作をアトミックと呼びます。
つまり、共有リソースへのアクセス操作は全体であり、分割することはできません。

2、相互に排他的なアクセスとは

 当一个执行单元在访问共享资源时，其它执行单元禁止访问这个临界区域。

3つの相互に排他的なアクセス方法：

             1、中断屏蔽
              2、自旋锁系列   
              3、 信号量
              4、原子操作              

3.1割り込みマスク

3.1.1割り込みシールドの機能：

     1、单CPU的进程与进程的抢占本身是基于软中断实现
      2、中断屏蔽能够解决以下竞态问题：
             1)中断和中断：
                                   硬件中断和软件中断，
                                   软件中断和软件中断（软件中断分为高优先级和低优先级两种）
              2)中断和进程：
                                    硬件中断和进程
                                    软件中断和进程
               3)进程之间的抢占
        3、中断屏蔽不能解决多核引起的竞态异常

3.1.2割り込みマスクの排他的アクセスプロセス：

      当一个执行单元在访问共享资源前，先开启中断屏蔽，一旦屏蔽的中断信号，任务将接收不到中断信号，
      此时也就没有了高低优先级的进程抢占资源，也不会有其它硬件中断或软件中断打断任务的执行，此执行
      单元也就可以踏踏实实对共享资源进行操作，当操作完成后，应当立即恢复中断。
      注：多核时可能会引起异常

3.1.3割り込みマスクを使用する際に考えられる問題と注意が必要な事項

      由于中断屏蔽实现的方式是将中断功能禁止，而linux操作系统很多机制（tasklet、 软件定时器、硬件定时器、按键等等）
      都和中断密切相关，长时间使用中断屏蔽，会给系统带来影响，所有使用中断屏蔽操作的共享资源代码执行速度要快，
      因休眠类操作会释放资源，故不能使用中断屏蔽，多核下也可能会导致中断屏蔽功能失效，也不推荐使用。

3.2スピンロック

3.2.1スピンロックの機能：

         1、自旋锁必须要附加在某个共享资源上（访问共享资源前加锁，操作完成后解锁）；
          2、要访问共享资源之前，要先获取自旋锁，如果获取自旋锁失败，此任务会原地空转（处于忙等待），直到获取到自旋锁
          3、如果获取自旋锁成功，可以访问共享资源 ，但访问共享资源 的代码执行速度要快，且不能有休眠操作；
          4、操作完共享资源，一定要记得释放自旋锁
          注：1、可以解决多核、单CPU进程与进程的抢占问题，但无法解决中断引起的异常。
                   2、在中断和休眠的引起的异常场景中，自旋锁不适用。

3.2.1派生したスピンロックの特性

        1、衍生自旋锁必须要附加在某个共享资源上（访问共享资源前加锁，操作共享资源完毕释放衍生自旋锁），
        2、在访问共享资源前要先获取 衍生自旋锁，如果获取衍生自旋锁失败（处于忙等待），直到获取到衍生自旋锁，
        3、获取衍生自旋锁成功后，就可以访问共享资源了，但操作共享资源的代码执行速度一定要性，更不能有休眠操作，
        4、操作完共享资源后，一定要记得释放衍生自旋锁，
        注：衍生自旋锁可以解决所有的竞态引用的异常（相当于自旋锁 + 中断屏蔽）；

3.3セマフォ

3.3.1セマフォの特性：

        1、内核中的信号量和应用程序中的信号量一模一样，
         2、信号量又称睡眠锁，本质上基于自旋锁，只是多加了一个休眠功能，
         3、想获取信号量访问共享资源的进程，在没有获取信号量时，此进程将进行休眠操作（此进程会释放占用的CPU资源）
         4、一旦获取信号量进程，可以访问共享资源，对共享资源进行操作，操作完毕释放信号量，并且唤醒之前休眠的等待进程；
         注：信号量用于进程中；

3.4 原子操作

3.4.1アトミック操作の機能：

        1、原子操作能够解决所有的竞态引起的异常，
         2、原子操作可以分为：
                                              位原子操作
                                               整形原子操作
          3、位原子操作：位操作具有原子性，也就是在位操作时，不允许发生CPU资源切换，如果驱动要对共享资源进行位操作，
                                     可以考虑位原子操作相关的函数实现互斥访问，
           4、整形原子操作：整形数的操作具有原子性，如果驱动 中对共享资源进行整形操作（++    --等），此时可以考虑使用内核
                                         提供的整形原子操作函数来实现互斥访问，
                                          linux内核对于整形原子操作提供了专有的数据类型：atomic ， 又称整形原子变量拘束类型，
                                          并且对整形原子变量进行的访问操作时，一事实上要利用内核提供的整形原子操作函数，才能达到互斥访问的效果。