Linux内核设计与实现——内核同步介绍

• 临界区：访问和操作共享数据的代码段
• 竞争条件：两个执行线程处于同一个临界区

i++的三个动作，并不是原子的

1. 得到当前变量i的值并且拷贝到一个寄存器中
2. 将寄存器中的值加1
3. 把i的新值写回到内存中

造成并发执行的原因

核心就是用户程序会被调度程序抢占和重新调度

竞争原因	说明
中断	中断随时会发生，也就会随时打断当前执行的代码。如果中断和被打断的代码在相同的临界区，就产生了竞争条件
软中断和tasklet	软中断和tasklet也会随时被内核唤醒执行，也会像中断一样打断正在执行的代码
内核抢占	内核具有抢占性，发生抢占时，如果抢占的线程和被抢占的线程在相同的临界区，就产生了竞争条件
睡眠及用户空间的同步	用户进程睡眠后，调度程序会唤醒一个新的用户进程，新的用户进程和睡眠的进程可能在同一个临界区中
对称多处理	2个或多个处理器可以同时执行相同的代码

编写内核代码时，时时记着下面这些问题：

1. 这个数据是不是全局的？除了当前线程以外，其他线程能不能访问它？
2. 这个数据会不会在进程上下文或者中断上下文中共享？它是不是要在两个不同的中断处理程序中共享？
3. 进程在访问数据时可不可能被抢占？被调度的新程序会不会访问同一数据？
4. 当前进程会不会睡眠(或者阻塞)在某些资源上，如果是，它会让共享数据处于何种状态？
5. 怎样防止数据失控？
6. 如果这个函数又在另一个处理器上被调度将会发生什么？

死锁

锁的粒度

在加锁的时候，不仅要避免死锁，还需要考虑加锁的粒度。
锁的粒度对系统的可扩展性有很大影响，在加锁的时候，要考虑一下这个锁是否会被多个线程频繁的争用。
如果锁有可能会被频繁争用，就需要将锁的粒度细化。
细化后的锁在多处理器的情况下，性能会有所提升。

举个例子说明一下：比如给一个链表加锁，同时有A，B，C 3个线程频繁访问这个链表。

• 那么当A，B，C 3个线程同时访问这个链表时，如果A获得了锁，那么B，C线程只能等待A释放了锁后才能访问这个链表。
• 如果A，B，C 3个线程访问的是这个链表的不同节点（比如A是修改节点listA，B是删除节点listB，C是追加节点listC），并且这3个节点不是连续的，那么3个线程同时运行是不会有问题的。
• 这种情况下就可以细化这个锁，把加在链表上的锁去掉，改成把锁加在链表的每个节点上。（也就是锁粒度的细化）那么，上述的情况下，A，B，C 3个线程就可以同时访问各自的节点，特别是在多处理器的情况下，性能会有显著提高。

但是，锁的粒度越细，系统开销越大，程序也越复杂，所以对于争用不是很频繁的锁，就没有必要细化了。