linux驱动开发-内核并发控制

内核并发控制

在Linux内核中，并发控制是一个关键的概念，

用于确保多个线程或进程在访问共享资源时能够保持数据的一致性和完整性。

为了实现这一目标，内核提供了多种同步机制。以下是常用的并发控制机制和相关概念的详细介绍。

1. 互斥锁（Mutex）

概述： 互斥锁用于保护共享资源，确保在同一时间只有一个线程能访问该资源。它常用于持有锁的操作时间较长的情况。

API

初始化：
void mutex_init(struct mutex *lock);
创建一个新的互斥锁并初始化。

获取锁：
void mutex_lock(struct mutex *lock);
获取互斥锁，如果锁已被其他线程持有，则调用线程将进入休眠状态。

释放锁：
void mutex_unlock(struct mutex *lock);
释放互斥锁，使其他线程可以获取该锁。

销毁：
void mutex_destroy(struct mutex *lock);
释放互斥锁所占用的资源。通常在线程不再需要它时使用。

2. 自旋锁（Spinlock）

概述： 自旋锁是一种简单、快速的锁机制，适合用于短时间的临界区操作。
自旋锁在获取锁时不会让线程进入睡眠状态，而是持续检查锁的状态。

API：

初始化：
void spin_lock_init(spinlock_t *lock);
初始化自旋锁。

获取锁：
void spin_lock(spinlock_t *lock);
获取自旋锁。如果锁被占用，调用线程将持续自旋等待。

释放锁：
void spin_unlock(spinlock_t *lock);
释放自旋锁。

3. 读写锁（Rwlock）

概述： 读写锁适合于读操作远多于写操作的场景。它允许多个线程同时读取，但写操作会禁止其他读和写操作。

API：

初始化：
void rwlock_init(rwlock_t *lock);
初始化读写锁。

获取写锁：
void write_lock(rwlock_t *lock);
获取写锁，阻塞其他线程的读操作，直到写锁释放。

释放写锁：
void write_unlock(rwlock_t *lock);
释放写锁。

获取读锁：
void read_lock(rwlock_t *lock);
获取读锁，多个线程可以同时获取，但会阻塞写锁。

释放读锁：
void read_unlock(rwlock_t *lock);
释放读锁。

4. 信号量（Semaphore）

概述： 信号量用于控制对共享资源的访问，允许多个线程同时访问，并支持线程间的计数。

API：

初始化：
void sema_init(struct semaphore *sem, int val);
初始化信号量，val为信号量的初始值。

获取信号量：
void down(struct semaphore *sem);
获取信号量，如果信号量值为0，调用线程将进入休眠状态。

释放信号量：
void up(struct semaphore *sem);
释放信号量，将信号量值加一。

5. 原子变量（Atomic Variable）

概述：原子变量提供了一种用于简单计数和状态标志的安全访问方法，适合无需锁的操作。

API：
初始化
void atomic_set(atomic_t *v, int i);
设置原子变量的值为i。

原子加法：
int atomic_inc(atomic_t *v);
原子性地将v加一，返回新的值。

原子读取：
int atomic_read(const atomic_t *v);
原子性地读取变量的当前值。

6. 等待队列（Wait Queue）

概述： 等待队列用于实现线程的睡眠和唤醒机制，允许线程在特定条件未满足时进入睡眠，并在条件满足时被唤醒。

API：

声明等待队列：
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name);
声明一个等待队列。

进入睡眠：
int wait_event(queue, condition);
当条件为假时，线程进入睡眠状态，直到条件为真。

唤醒：
void wake_up(wait_queue_head_t *queue);
唤醒在指定的等待队列中休眠的线程。