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Linux内核中的同步和互斥分析报告

www.zige365.com 2007-8-11 16:05:21 点击:发送给好友 和学友门交流一下 收藏到我的会员中心

先看进程间的互斥。在linux内核中主要通过semaphore机制和spin_lock机制实现。主要的区别是在semaphore机制中,进不了临界区时会进行进程的切换,而spin_lock刚执行忙等(在SMP中)。先看内核中的semaphore机制。前提是对引用计数count增减的原子性操作。内核用atomic_t的数据结构和在它上面的一系列操作如atomic_add()、atomic_sub()等等实现。(定义在atomic.h中)semaphone机制主要通过up()和down()两个操作实现。semaphone的结构为:

struct semaphore
{
atomic_t count;
int sleepers;
wait_queue_head_t wait;
      };

相应的down()函数为:

static inline void down(struct semaphore*sem)
{
/* 1 */sem->count--; //为原子操作
if(sem->count<0)
{
struct task_struct *tsk = current;
DECLARE_WAITQUEUE(wait, tsk);
tsk->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;
add_wait_queue_exclusive(&sem->wait, &wait);
spin_lock_irq(&semaphore_lock);
/* 2 */ sem->sleepers++;
for (;;) {
int sleepers = sem->sleepers;
/*
* Add "everybody else" into it. They aren't
* playing, because we own the spinlock.
*/
/* 3 */ if (!atomic_add_negative(sleepers - 1, &sem->count)) {
/* 4 */ sem->sleepers = 0; //这时sem->count=0
break;
}
/* 4 */ sem->sleepers = 1; /* us - see -1 above */ // 这时sem
->count
=-1
spin_unlock_irq(&semaphore_lock);
schedule();
tsk->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;
spin_lock_irq(&semaphore_lock);
}
spin_unlock_irq(&semaphore_lock);
remove_wait_queue(&sem->wait, &wait);
tsk->state = TASK_RUNNING;
wake_up(&sem->wait);
}
      }

相应的up()函数为:

void up(struct semaphore*sem)
{
sem->count++; //为原子操作
if(sem->count<=0)
{
//唤醒等待队列中的一个符合条件的进程(因为每个进程都加了TASK_EXCLUSIVE标志)
。
      };

假设开始时,count=1;sleepers=0。当进程A执行down()时,引用计数count--,如果这时它的值大于等于0,则从down()中直接返回。如果count少于0,则A的state改为TASK_INTERRUPTIBLE后进入这个信号量的等待队列中,同时使sleepers++;然后重新计算count=sleepers - 1 + count,若这时引用计数仍小于0(一般情况下应为-1,因为count = - sleepers,不过在SMP结构中,期间别的进程可能执行了up()和down()从而使得引用计数的值可能变化),则执行进程切换。

当进程A又获得机会运行时,它先执行wake_up(&sem->wait)操作,唤醒等待队列里的一个进程,接着它进入临界区,从临界区出来时执行up()操作,使sem->count++,(如果进程A是从down()中直接返回,因为这时等待队列一定为空,所以它不用执行wake_up()操作,直接进入临界区,在从临界区出来时一样执行up()操作,使 sem->count++)。这时如果count的值小于等于0,这表明在它在临界区期间又有一个进程(可能就是它进入临界区时唤醒的那个进程)进入睡眠了,则执行wake_up()操作,反之,如果count的值已经大于0,这表明在它在临界区期间没有别的进程(包括在它进入临界区时被它唤醒过的那个进程)进入睡眠,那么它就可以直接返回了。

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