Linux内核中的同步和互斥分析报告

发布时间：2006-11-19 19:08:57　来源：天极博客网友评论 0 条

中国共享软件英雄会.北京

　　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。

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