linux内核中有多种内核锁,内核锁的作用是: 多核处理器下,会存在多个进程处于内核态的情况,而在内核态下,进程是可以访问所有内核数据的,因此要对共享数据进行保护,即互斥处理; linux内核锁机制有信号量、互斥锁、自旋锁还有原子操作。 一、信号量(struct semaphore): 是用来解决进程/线程之间的同步和互斥问题的一种通信机制,是用来保证两个或多个关键代码不被并发调用。 信号量(Saphore)由一个值和一个指针组成,指针指向等待该信号量的进程。信号量的值表示相应资源的使用情况。信号量S>=0
Linux环境编程对于初学者来说,必须深刻理解重点概念才能更好地编写代码,实现业务功能,下面就几个重要的及常用的知识点进行说明。搞懂这几个概念后以免在将来的编码出现混淆。 系统调用 ❝所有的操作系统在其内核里都有一些内建的函数,这些函数可以用来完成一些系统级别的功能。在Linux系统使用的这样的函数叫做“系统调用”,英文是systemcall。这些函数代表了从用户空间到内核空间的一种转换。 ❞ 系统调用是Linux操作系统提供的服务,是编写应用程序与内核之间通信的接口,也就是我们所说的函数。相对于普通的函数
汇编指令读写内存变量的过程我们称为read-modify-write,简称为RMW操作。也就是说,它们读写一个内存区域两次,第一次读取旧值,第二次写入新值。
原子操作(atomic operation),不可分割的操作。其通过原子变量来实现,以保证单个CPU周期内,读写该变量,不能被打断,进而判断该变量的值,来解决并发引起的互斥。
在现代操作系统里,同一时间可能有多个内核执行流在执行,因此内核其实像多进程多线程编程一样也需要一些同步机制来同步各执行单元对共享数据的访问,尤其是在多处理器系统上,更需要一些同步机制来同步不同处理器上的执行单元对共享的数据的访问。在主流的Linux内核中包含了如下这些同步机制包括:
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在多年前,linux还没有支持对称多处理器SMP的时候,避免并发数据访问相对简单。
并发 是指在某一时间段内能够处理多个任务的能力,而 并行 是指同一时间能够处理多个任务的能力。并发和并行看起来很像,但实际上是有区别的,如下图(图片来源于网络):
现如今,一个服务端应用程序几乎都会使用到多线程来提升服务性能,而目前服务端还是以linux系统为主。一个多线程的java应用,不管使用了什么样的同步机制,最终都要用JVM执行同步处理,而JVM本身也是linux上的一个进程,那么java应用的线程同步机制,可以说是对操作系统层面的同步机制的上层封装。这里我说的操作系统,主要是的非实时抢占式内核(non-PREEMPT_RT),并不讨论实时抢占式内核(PREEMPT_RT) 的问题,二者由于使用场景不同,因此同步机制也会存在差异或出现变化。
铺垫 在Java SE 1.5之前,多线程并发中,synchronized一直都是一个元老级关键字,而且给人的一贯印象就是一个比较重的锁。 为此,在Java SE 1.6之后,这个关键字被做了很多的优化,从而让以往的“重量级锁”变得不再那么重。 synchronized主要有两种使用方法,一种是代码块,一种关键字写在方法上。 这两种用法底层究竟是怎么实现的呢?在1.6之前是怎么实现的呢? 字节码实现原理 在java语言中存在两种内建的synchronized语法:1、synchronized语句;2、s
RCU是Linux 2.6内核系统新的锁机制 RCU(Read-Copy Update)。参考:http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-rcu/
Linux 内核中的同步机制:原子操作、信号量、读写信号量、自旋锁的API、大内核锁、读写锁、大读者锁、RCU和顺序锁。 1、介绍 在现代操作系统里,同一时间可能有多个内核执行流在执行,即使单CPU内核也需要一些同步机制来同步不同执行单元对共享的数据的访问。 主流的Linux内核中的同步机制包括: 原子操作 信号量(semaphore) 读写信号量(rw_semaphore) 自旋锁spinlock 大内核锁BKL(Big Kernel Lock) 读写锁rwlock、 brlock(只包含在2.4内核中
一、总结 在写之前,先唠几句,《UNIX环境高级编程》,简称APUE,这本书简直是本神书,像我这种小白,基本上每看完一章都是“哇”这种很吃惊的表情。其实大概三年前,那会大三,我就买了这本书,也看过一些,但好像没有留下什么印象,今天再看,依然觉得像新的一样。很大的原因我想是一直以来都在用windows(用windows做开发为什么学不到真正的技术,我想大家都懂的),当然知识结构不完整,学习能力这些就不说了。所以,对于那些致力于想在Linux下做开发的人来说,这本说一定是强推的。 如果你分得清write
关于同步理论的一些基本概念 临界区(critical area): 访问或操作共享数据的代码段 简单理解:synchronized大括号中部分(原子性) 竞争条件(race conditions)两个线程同时拥有临界区的执行权 数据不一致:(data unconsistency) 由竞争条件引起的数据破坏 同步(synchronization)避免race conditions 锁:完成同步的手段(门锁,门后是临界区,只允许一个线程存在) 上锁解锁必须具备原子性 原子性(象原子一样不可分割的操作) 有序
综述 在上一篇介绍了linux驱动的调试方法,这一篇介绍一下在驱动编程中会遇到的并发和竟态以及如何处理并发和竞争。 首先什么是并发与竟态呢?并发(concurrency)指的是多个执行单元同时、并行被执行。而并发的执行单元对共享资源(硬件资源和软件上的全局、静态变量)的访问则容易导致竞态(race conditions)。可能导致并发和竟态的情况有: SMP(Symmetric Multi-Processing),对称多处理结构。SMP是一种紧耦合、共享存储的系统模型,它的特点是多个CPU使用共同的系统总线
cmpxchg是X86比较交换指令,这个指令在各大底层系统实现的原子操作和各种同步原语中都有广泛的使用,比如linux内核,JVM,GCC编译器等,cmpxchg就是比较交换指令,了解cmpxchg之前先了解原子操作。
在ARM平台上,ARMv6之前,SWP和SWPB指令被用来支持对shared memory的访问:
开始阅读 nginx 源码的时候就一直伴随着一个问题,那就是多进程的 nginx 模型是怎么保证多个进程同时写入一个文件不发生数据交错呢? 猜想中,主要有以下几种解决方案: 1. 最传统的,正在写文件的进程加锁,其他进程等待,但是这样的情况是绝对不允许的,效率太过低下 2. 写 log 前测试锁状态,如果已经锁定,则写入进程自己的缓冲区中,等待下次调用时同步缓冲区,这样做的好处是无需阻塞,提高了效率,但是就无法做到 log 的实时了,这样做工程中也是绝对无法接受的,一旦发生问题,将无法保证 log 是否已经被写入,因此很难定位 3. 一个进程专门负责写 log,其他进程通过域套接字或者管道将 log 内容发送给他,他持续阻塞在 epoll_wait 上,直到收到信息,立即写入,但是众所周知,nginx 是调用同一个函数启动所有进程的,并没有专门调用函数启动所谓的 log 进程,除了 master 和 worker,nginx 也确实没有 log 进程存在 4. 那么就是进程启动后,全部去竞争某个锁,竞争到该锁的 worker 执行 log worker 的代码,其余的 worker 继续运行相应程序,这个方案看上去是一个不错的方案,如果是单 worker 的话,那么就无需去使用该锁即可
https://www.zhihu.com/question/462048846/answer/1919407185
要深入理解Linux内核中的同步与互斥的实现,需要先了解一下内联汇编:在C函数中使用汇编代码。
在早期的 Linux内核中,并发的来源相对较少。早期内核不支持对称多处理( symmetric multi processing,SMP),因此,导致并发执行的唯一原因是对硬件中断的服务。这种情况处理起来较为简单,但并不适用于为获得更好的性能而使用更多处理器且强调快速响应事件的系统。
当两个或两个以上的线程访问共享数据,并且尝试同时改变它时,就发生争用的情况。它们所依赖的那部分共享数据,叫做竞争条件。
阻塞同步有许多实现方式了:mutex, semaphore. 阻塞同步使用不当就可能造成死锁,活锁,优先级反转。
如果这个操作序列是串行化的操作(在一个thread中串行执行),那么一切OK,然而,世界总是不能如你所愿。在多CPU体系结构中,运行在两个CPU上的两个内核控制路径同时并行执行上面操作序列,有可能发生下面的场景:
因为现代操作系统是多处理器计算的架构,必然更容易遇到多个进程,多个线程访问共享数据的情况,如下图所示:
前言:非常早之前就接触过同步这个概念了,可是一直都非常模糊。没有深入地学习了解过,最近有时间了,就花时间研习了一下《linux内核标准教程》和《深入linux设备驱动程序内核机制》这两本书的相关章节。趁刚看完,就把相关的内容总结一下。
笔者将《unix环境高级编程》主要内容总结为三篇:文件篇,进程篇,高级io和进程间通信三大板块。本文是unix环境高级编程系列文章第一篇:文件篇。该篇主要包括:
参考刘文志等所著《OpenCL异构并行计算》,结合自身实践所做的总结,在此,特别感谢蒋工给予的指导。由于作者认知水平有限,文中如有不到的地方,欢迎大家批评指正。
RCU , 英文全称是 " Read-Copy-Update “ , 对应的中文名称是 ” 读取-拷贝-更新 “ , 这是 Linux 内核中的 ” 同步机制 " ;
在主流的Linux内核中包含了几乎所有现代的操作系统具有的同步机制,这些同步机制包括:原子操作、信号量(sem aphore)、读写信号量(rw_sem aphore)、spinlock、BKL(Big Kernel Lock)、rwlock、brlock(只包含在2.4内核中)、RCU (只包含在2.6内核中)和seqlock(只包含在2.6内核中)
在20世纪初叶,人们曾经一度认为原子是物质的最小组成单位,原子不可再分。虽然很快人们就发现这是一个谬误——原子不仅可以再分,由质子、中字、电子组成,事实上这些微观粒子仍然是可以继续分割的——但计算机科学借用了“原子不可再分”的说法,提出了操作原子性(Atomicity)的概念,即:
线程同步篇 (上) 线程同步中的一些重要概念 临界区(共享区)的概念 基元用户模式 基元内核模式 原子性操作 非阻止同步 阻止同步 详解Thread类 中的VolatileRead和VolatileWrite方法和Volatile关键字的作用 Volatile关键字的作用 介绍下Interlocked 介绍下Lock关键字 详解ReaderWriterLock 类 本章总结 参考文献 1.线程同步中的一些重要概念 1.1临界区(共享区)的概念 在多线程的环境中,可能需要共同使用
2016.9.9日下午再一次参加了CVTE的C++后台开发岗的面试,面试经历了1个小时20分钟左右的时间,被问及了很多问题,很多问题也没有回答出来,自己还是存在很多知识盲点,需要潜心复习修炼,查漏补缺。手写代码也是没做好,下次一定要坚持写出来。总体来说,这场面试的难度对我来说不简单,现将回忆起的面试题与大家分享共勉。
我们可以把内核想象成一个服务器,专门响应各种请求。这些请求可以是CPU上正在运行的进程发起的请求,也可以是外部的设备发起的中断请求。所以说,内核并不是串行运行,而是交错执行。既然是交错执行,就会产生竞态条件,我们可以采用同步技术消除这种竞态条件。
MIPS架构中,中断、异常、系统调用以及其它可以中断程序正常执行流的事件统称为异常(exception),统一由异常处理机制进行处理。
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TSL是Test and Set Lock的缩写,是CPU提供的一个原子指令,其工作如下所述:它将一个存储器字读到一个寄存器中,然后在该内存地址上存一个非零值。读数和写数操作保证是不可分割的——即该指令结束之前其他处理机均不允许访问该存储器字。执行TSL指令的CPU将锁住内存总线(实际是锁缓存)以禁止其他CPU在本指令结束之前访问内存。操作系统的Mutex的加锁过程就是基于TSL指令实现的。
加锁操作就是为特定对象设置一个标志位,然后通过使用锁机制(对象上存在标志位则不能改写,放弃加锁请求或等待锁释放后再进行操作)和释放锁(取消特定对象上被设置的标志位)
The BOOK Fuchsia,是由Google公司开发的继Android和Chrome OS之后的第三个系统,与之前谷歌开发的基于Linux内核的操作系统(如Chrome OS和Android)相
原子操作 通常我们代码中的a = a + 1这样的一行语句,翻译成汇编后蕴含着3条指令: ldr x0, &a add x0,x0,#1 str x0,&a 即 (1)从内存中读取a变量到X0寄存器 (2)X0寄存器加1 (3)将X0写入到内存a中 既然是3条指令,那么就有可能并发,也就意味着返回的结果可能不是预期的。 然后在linux kernel的操作系统中,提供访问原子变量的函数,用来解决上述问题。其中部分原子操作的API如下: atomic_read atomic_add_return(i,v) a
一. linux内核简介 1. linux简介 1.1 unix的特点 unix很简洁,仅提供几百个系统调用,并有非常明确的设计目的 unix所有东西都当作文件对待,这种抽象使对数据和设备都通过一套相同的系统调用接口进行 内核用C语言编写,移植能力很强 进程创建迅速,独特的fork调用 提供了简洁但是稳定的进程间通讯原语 1.2 unix和linux linux克隆unix,但不是unix linux借鉴了unix很多的设计,并且实现了 unix的api linux没有直接使用unix的源代码,但完整表达了
多核处理器下,会存在多个进程处于内核态的情况,而在内核态下,进程是能够訪问全部内核数据的,因此要对共享数据进行保护,即相互排斥处理
但是JMM ( java内存模型 )规范必须保证:内存可见性,禁止指令重排(有序性),原子性。
使用原子操作典型例子众所周知就是多个线程操作同一个全局变量 i++, 由于对应的汇编指令并不只是一条,在并发访问下可能出现多个线程中的多条指令交错导致部分加操作丢失。全局变量i属于临界资源,当然可以使用加锁的方式保护临界资源,但是加锁开销比较大,用在这里有些杀鸡焉用牛刀。最好的方式是使用内核提供的atomic_t类型的原子变量来进行原子操作。
上面讲的自旋锁,信号量和互斥锁的实现,都是使用了原子操作指令。由于原子操作会 lock,当线程在多个 CPU 上争抢进入临界区的时候,都会操作那个在多个 CPU 之间共享的数据 lock。CPU 0 操作了 lock,为了数据的一致性,CPU 0 的操作会导致其他 CPU 的 L1 中的 lock 变成 invalid,在随后的来自其他 CPU 对 lock 的访问会导致 L1 cache miss(更准确的说是communication cache miss),必须从下一个 level 的 cache 中获取。
代码中的加锁操作因为涉及内核态的上下文切换会比较耗时、代价比较高。针对基本数据类型我们还可以使用原子操作来保证并发安全,因为原子操作是Go语言提供的方法它在用户态就可以完成,因此性能比加锁操作更好。Go语言中原子操作由内置的标准库sync/atomic提供。
"原子操作(atomic operation)是不需要synchronized",这是多线程编程的老生常谈了。所谓原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作;这种操作一旦开始,就一直运行到结束,中间不会有任何 context switch (切换到另一个线程)。
linux平台普遍采用的DRM软件架构中,不仅包含了内核空间驱动层的代码,而且提供应用层的支撑库libdrm。libdrm基于DRI协议通过ioctl与2D图显驱动进行交互,配置图显处理器以及HDMI、MIPI、LVDS等编解码单元。
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