并发和竞态

1.        竞态通常是作为对资源的共享访问而产生的。

2.        当两个执行线程需要访问相同的数据结构（或硬件资源）时，混合的可能性就永远存在。

如何避免共享的方法：

A、只要可能，应该尽量避免资源的共享。如果没有并发访问，也就不会有竞态的产生。这种思想的最明显应用就是避免全局变量的使用。

B、在单个执行线程之外共享硬件或软件资源的任何时候，因为另外一个线程可能产生对该资源的不一致观察，因此必须显示的管理对该资源的访问。访问管理的最常见技术称为“锁定”或者“互斥”— 确保一次只有一个执行线程可操作共享资源

C、当内核代码创建一个可能和其它内核部分共享的对象时，该对象必选在还有其它组件引用自己时保持存在（并正确工作）。在这一规则下产生两个需求：在对象尚不能正确工作时，不能将其对内核可用，也就是说，对这类对象的应用必须得到跟踪。

3.        PV

希望进入临界区的进程将在相关信号量上设置P；如果信号量的值大于零，则该值会减小一，而进程可以继续。相反，如果信号量的值为零或更小，进程必须等待，直到其他人释放该信号量。对信号量的解锁通过调用V函数来完成；该函数增加信号量的值，并在必要时唤醒等待的进程。

当信号量用于互斥时，即避免多个进程同时在一个临界区中运行，信号量的值应该初始化为1.

 

4.        信号量的实现

直接创建信号量

void sema_init（struct semaphore *sem, int val）

其中val是赋予一个信号量的初始值

 

信号量统称被用于互斥体（信号量的值为1），静态声明和初始化一个互斥

DECLEAR_MUTEX（name）       //val = 1

DECLEAR_MUTEX_LOCKED（name） //val = 0

 

如果互斥体必须在运行时被初始化，则使用下面的函数之一，动态分配互斥

void init_MUTEX（struct semaphore *sem）

void init_MUTEX_LOCKED（struct semaphore *sem）

 

P函数down的三个版本：

void down（struct semaphore *sem）      

int down_interruptible（struct semaphore *sem）                   //操作是个中断的（信号中断）

int down_trylock（struct semaphore *sem）                            //永远不会休眠，如果信号量在调用时不可获得信号量，将立即返回一个非零值。

down_interruptible如果被中断，函数的返回值非零，而调用者不会拥有该信号量。所以要对其检查返回值，并做出相应的响应。

V函数up:

void up（struct semaphore *sem）

调用up之后，调用者不再拥有该信号量。

   

down_interruptible使用举例：

if(down_interruptible(sem))

          return –ERESTARTSYS;

代码中检查down_interruptible的返回值。如果它返回非零值，则说明操作被中断。这种情况下，通常要做的工作是返回-ERESTARTSYS。在见到这个返回代码后，内核的高层代码要么会从头重新启动该调用，要么会将该错误返回给用户。如果我们返回-ERESTARTSYS，则必须首先撤销已经做出的任何用户可见的修改，这样系统调用可正确重试。如果无法撤销这些操作，则应该返回-EINTR。

 

 5.         completion

关于completion，LDD3中举了一个例子并且有一段长长的描述来告诉我们completion比semaphore在某些情况下更加有效率。但是很可惜，无论英文还是中文 我均为读懂。

还是把这段描述抄下来吧：

在通常的使用中，试图锁定某个信号量的代码会发现该信号量几乎总是可用；而如果存在针对该信号量的严重竞争，性能将受到影响，这时，我们需要重新审视锁定机制。因此，信号量对“可用”情况已经做了大量优化。然而，如果像上面那样使用信号量在任务完成时进行通信，则调用down的线程几乎总是要等待，这样性能也同样会受到影响。如果信号量在这种情况下声明为自动变量，则也可能受某个（难对付的）竞态的影响。在某些情况下，信号量可能在调用up的进程完成其相关任务前消失。（什么玩意！！）

 

静态创建completion:

DECLARE_COMPLETION(my_completion);

动态创建completion

init_completion(&my_completion);

等待completion

wait_for_completion(struct completion *c);

该函数执行一个非中断的等待。如果代码调用了wait_for_completion且没有人会完成该任务，则将产生一个不可杀的进程。