Linux内核中的同步和互斥分析报告(1)

文章作者 100test 发表时间 2007:03:14 16:47:30
来源 100Test.Com百考试题网

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 arent * 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。