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linux kernel 等待

Linux内核中的等待机制是一种同步原语，用于在多线程或多进程环境中控制执行流程。等待机制允许线程或进程在特定条件满足之前暂停执行，从而避免无效的资源消耗和提高系统的整体效率。

基础概念

等待机制通常涉及以下几个关键概念：

等待队列（Wait Queue）：这是一个内核数据结构，用于管理等待特定事件的进程或线程。
条件变量（Condition Variables）：用于线程间通信，允许线程等待某个条件成立。
信号量（Semaphores）：一种计数器，用于控制多个线程对共享资源的访问。
互斥锁（Mutexes）：确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。

类型

Linux内核提供了多种等待机制：

自旋锁（Spinlocks）：适用于等待时间非常短的场景。
信号量（Semaphores）：适用于保护临界区，控制对共享资源的访问。
互斥锁（Mutexes）：类似于信号量，但更适合保护临界区。
条件变量（Condition Variables）：用于复杂的线程同步场景。
等待队列（Wait Queues）：内核级别的等待机制，用于进程或线程的睡眠和唤醒。

应用场景

文件系统操作：在读写文件时，可能需要等待磁盘I/O完成。
网络通信：处理网络请求时，可能需要等待数据包到达。
进程间通信（IPC）：如管道、消息队列等，需要等待对方进程的消息。
定时任务：如定时器中断处理，需要在特定时间点唤醒进程。

遇到的问题及解决方法

问题：死锁（Deadlock）

原因：两个或多个进程互相等待对方释放资源，导致所有进程都无法继续执行。

解决方法：

避免嵌套锁：尽量减少锁的使用层次。
使用定时锁：尝试获取锁时设置超时时间。
资源排序：确保所有进程以相同的顺序获取资源。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t mutex2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* thread1(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1);
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    // 执行操作
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    return NULL;
}

void* thread2(void* arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex1); // 修改为先获取mutex1
    pthread_mutex_lock(&mutex2);
    // 执行操作
    pthread_mutex_unlock(&mutex2);
    pthread_mutex_unlock(&mutex1);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    pthread_create(&t1, NULL, thread1, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, thread2, NULL);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    return 0;
}

问题：活锁（Livelock）

原因：进程不断改变状态以尝试解决问题，但实际没有进展。

解决方法：

引入随机延迟：在重试之前加入随机等待时间。
使用协调机制：如使用信号量或条件变量来协调进程间的行为。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int shared_resource = 0;

void* thread_func(void* arg) {
    while (1) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if (shared_resource == 0) {
            shared_resource = 1;
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            break;
        }
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        usleep(rand() % 100); // 随机延迟
    }
    // 执行操作
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    pthread_create(&t1, NULL, thread_func, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, thread_func, NULL);
    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    return 0;
}

通过合理使用等待机制和同步原语，可以有效避免并发编程中的常见问题，提高系统的稳定性和性能。

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linux kernel 等待

基础概念

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应用场景

遇到的问题及解决方法

问题：死锁（Deadlock）

问题：活锁（Livelock）

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