内核中的同步课件.ppt
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- 关 键 词:
- 内核 中的 同步 课件
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1、第七章第七章 内核中的同步内核中的同步临界区和竞争状态内核同步措施并发控制第1页,共27页。什么是临界区(critical regions)?就是访问和操作共享数据的代码段,这段代码必须被原子地执行 什么是竞争状态?多个内核任务同时访问同一临界区 什么是同步?避免并发和防止竞争状态称为同步同步(synchronization)临界区和竞争状态临界区和竞争状态第2页,共27页。考虑一个非常简单的共享资源的例子:一个全局整型变量和一个简单的临界区,其中的操作仅仅是将整型变量的值增加1:i+该操作可以转化成下面三条机器指令序列:(1)得到当前变量i的值并拷贝到一个寄存器中(2)将寄存器中的值加1(3
2、)把i的新值写回到内存中 临界区举例临界区举例 第3页,共27页。内核任务内核任务1 1 内核任务内核任务2 2获得i(1)-增加 i(1-2)-写回 i(2)-获得 i(2)增加 i(2-3)写回 i(3)临界区举例临界区举例 内核任务内核任务1 1 内核任务内核任务2 2获得 i(1)-获得 i(1)增加 i(1-2)-增加 i(1-2)写回 i(2)-写回 i(2)可能的实际执行结果:期望的结果第4页,共27页。v 当共享资源是一个复杂的数据结构时,竞争状态往往会使该数据结构遭到破坏。v 对于这种情况,锁机制可以避免竞争状态正如门锁和门一样,门后的房间可想象成一个临界区。v 在一个指定时
3、间内,房间里只能有个一个内核任务存在,当一个任务进入房间后,它会锁住身后的房门;当它结束对共享数据的操作后,就会走出房间,打开门锁。如果另一个任务在房门上锁时来了,那么它就必须等待房间内的任务出来并打开门锁后,才能进入房间。共享队列和加锁共享队列和加锁 第5页,共27页。任何要访问队列的代码首先都需要占住相应的锁,这样该锁就能阻止来自其它内核任务的并发访问:任务任务 1 1 试图锁定队列 成功:获得锁 访问队列 为队列解除锁 任务任务2 2 试图锁定队列失败:等待 等待 等待 成功:获得锁 访问队列 为队列解除锁共享队列和加锁共享队列和加锁 第6页,共27页。v 找出哪些数据需要保护是关键所在
4、v 内核任务的局部数据仅仅被它本身访问,显然不需要保护v 如果数据只会被特定的进程访问,也不需加锁 v 大多数内核数据结构都需要加锁大多数内核数据结构都需要加锁:若有其它内核任务可以访问这些数据,那么就给这些数据加上某种形式的锁;若任何其它东西能看到它,那么就要锁住它 确定保护对象确定保护对象 第7页,共27页。v 死锁产生的条件:有一个或多个并发执行的内核任务和一个或多个资源,每个任务都在等待其中的一个资源,但所有的资源都已经被占用。所有任务都在相互等待,但它们永远不会释放已经占有的资源,于是任何任务都无法继续v 典型的死锁:v 四路交通堵塞v 自死锁:一个执行任务试图去获得一个自己已经持有
5、的锁 死死 锁锁 第8页,共27页。v 加锁的顺序是关键。使用嵌套的锁时必须保证以相同的顺序获取锁,这样可以阻止致命拥抱类型的死锁v 防止发生饥饿 v 不要重复请求同一个锁。v 越复杂的加锁方案越有可能造成死锁,因此设计应力求简单 死锁的避免死锁的避免 第9页,共27页。v 中断中断几乎可以在任何时刻异步发生,也可能随时打断正在执行的代码。v 内核抢占若内核具有抢占性,内核中的任务就可能会被另一任务抢占v 睡眠及与用户空间的同步在内核执行的进程可能会睡眠,这将唤醒调度程序,导致调度一个新的用户进程执行v 对称多处理两个或多个处理器可以同时执行代码 并发执行的原因并发执行的原因 第10页,共27
6、页。v 为了避免并发,防止竞争。内核提供了一组同步方法来提供对共享数据的保护v 原子操作原子操作v 自旋锁自旋锁v 信号量信号量 内核同步措施内核同步措施 第11页,共27页。v 原子操作可以保证指令以原子的方式原子的方式 被执行 v 两个原子操作绝对不可能并发地访问同一个变量 v Linux内核提供了一个专门的atomic_t类型(一个24位原子访问计数器)和一些专门的函数,这些函数作用于atomic_t类型的变量 原子操作原子操作 第12页,共27页。v 自旋锁是专为防止多处理器并发而引入的一种锁,它在内核中大量应用于中断处理等部分,而对于单处理器来说,可简单采用关闭中断的方式防止中断处理
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