Concurrency and Race Condition

產生競爭的原因：

   對資源的共用訪問，包括硬體資源（裝置）和軟體資源（記憶體空間）

 

原則：

   盡量減少共用資源的使用，如全域變數等

 

解決的方法：

   通過建立critical section是操作成為原子操作，使同一時間內，只有一個線程操作該段代碼。

   kernel對不同的情況提供了不同的方法，注意的是，有的方法可以 Go to sleep
的，有的不行！

   有的方法會導致執行的線程go to sleep，而有的方法不會。

   有的代碼是允許sleep的，那就可以使用go to sleep的方法。

   但有的代碼是不允許sleep的，那就絕對不能go to sleep的方法。

   spinlock就是可以用在不允許sleep的代碼中的。

 

Semaphore

 

標頭檔<asm/semaphore.h>.

struct semaphore；

 

初始化 訊號量

void sema_init(struct semaphore *sem, int val);

where val is the initial value to assign to a semaphore.

 

直接聲明 互斥量

Thus, a mutex can be declared and initialized with one of the following:
DECLARE_MUTEX(name);
DECLARE_MUTEX_LOCKED(name);

 

運行時 初始化

void init_MUTEX(struct semaphore *sem);
void init_MUTEX_LOCKED(struct semaphore *sem);

 

擷取訊號量

void down(struct semaphore *sem);
int down_interruptible(struct semaphore *sem);
int down_trylock(struct semaphore *sem);

用down_interruptible比較多，這樣使用者可以中斷這個函數的執行。

所以一定要對這個函數做傳回值的判斷，如果返回非零，則表示並沒有得到訊號量。

 

返還訊號量

void up(struct semaphore *sem);

 

例子：

struct scull_dev {
    struct scull_qset *data; /* Pointer to first quantum set */
    int quantum; /* the current quantum size */
    int qset; /* the current array size */
    unsigned long size; /* amount of data stored here */
    unsigned int access_key; /* used by sculluid and scullpriv */
    struct semaphore sem; /* mutual exclusion semaphore */
    struct cdev cdev; /* Char device structure */
};

 

for (i = 0; i < scull_nr_devs; i++) {
    scull_devices[i].quantum = scull_quantum;
    scull_devices[i].qset = scull_qset;
    init_MUTEX(&scull_devices[i].sem);
    scull_setup_cdev(&scull_devices[i], i);
}

一定要在scull_setpu_cdev之前初始化訊號量，否則會出現錯誤。

 

讀寫訊號量

這種訊號量使用於 有多個讀進程，少量寫進程。 可以同時有多個讀進程一起運行。

 

標頭檔 <linux/rwsem.h>

struct rw_semaphore

 

讀操作的訊號量擷取和釋放

void down_read(struct rw_semaphore *sem);
int down_read_trylock(struct rw_semaphore *sem);
void up_read(struct rw_semaphore *sem);

 

寫操作的訊號量擷取和釋放

void down_write(struct rw_semaphore *sem);
int down_write_trylock(struct rw_semaphore *sem);
void up_write(struct rw_semaphore *sem);
void downgrade_write(struct rw_semaphore *sem);

 

 

Completions

這種結構專門用於等待其他任務的完成的。

雖然用訊號量也可以達到這個作用，但訊號量的效率要低。

struct semaphore sem;
init_MUTEX_LOCKED(&sem);
start_external_task(&sem);
down(&sem);

 

標頭檔 <linux/completion.h>

struct completion；

 

靜態聲明：
DECLARE_COMPLETION(my_completion);

 

動態定義：

struct completion my_completion;
/* ... */
init_completion(&my_completion);

 

 

等待任務完成：

void wait_for_completion(struct completion *c);

 

通知任務完成：

void complete(struct completion *c);
void complete_all(struct completion *c);

 

Spinlock

spinlock是比較特殊的一種鎖，它是可以運行在不能sleep的地方的，比如 ISR中。

進入spinlock後，有幾點要注意

1. 不能被搶佔，這點是自動的，得到spinlock後會自動disable當前處理器的搶佔。

2. 不能sleep， 所以需要非常注意得到spinlock後調用的函數。

3. disable 中斷。