chp8内核同步介绍 - 360文档中心

linux同步介绍

内核同步介绍Linux设备驱动中必须解决的一个问题是多个进程对共享资源的并发访问，并发访问会导致竞态，linux提供了多种解决竞态问题的方式，这些方式适合不同的应用场景。

Linux内核是多进程、多线程的操作系统，它提供了相当完整的内核同步方法。

内核同步方法列表如下：中断屏蔽原子操作自旋锁读写自旋锁顺序锁信号量读写信号量BKL（大内核锁）Seq锁一、并发与竞态：定义：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变量、静态变量等）的访问则很容易导致竞态（race conditions）。

在linux中，主要的竞态发生在如下几种情况：1、对称多处理器（SMP）多个CPU特点是多个CPU使用共同的系统总线，因此可访问共同的外设和存储器。

2、单CPU内进程与抢占它的进程3、中断（硬中断、软中断、Tasklet、底半部）与进程之间只要并发的多个执行单元存在对共享资源的访问，竞态就有可能发生。

如果中断处理程序访问进程正在访问的资源，则竞态也会会发生。

多个中断之间本身也可能引起并发而导致竞态（中断被更高优先级的中断打断）。

解决竞态问题的途径是保证对共享资源的互斥访问，所谓互斥访问就是指一个执行单元在访问共享资源的时候，其他的执行单元都被禁止访问。

访问共享资源的代码区域被称为临界区，临界区需要以某种互斥机制加以保护，中断屏蔽，原子操作，自旋锁，和信号量都是linux 设备驱动中可采用的互斥途径。

临界区和竞争条件：所谓临界区（critical regions）就是访问和操作共享数据的代码段，为了避免在临界区中并发访问，编程者必须保证这些代码原子地执行——也就是说，代码在执行结束前不可被打断，就如同整个临界区是一个不可分割的指令一样，如果两个执行线程有可能处于同一个临界区中，那么就是程序包含一个bug，如果这种情况发生了，我们就称之为竞争条件（race conditions），避免并发和防止竞争条件被称为同步。

x86的idt and in linux 简书

x86的idt and in linux 简书简介：IDT（Interrupt Descriptor Table，中断描述符表）是x86架构中的一个重要概念，它是一个存储中断向量的数据结构，用于保存中断处理程序的入口地址，当发生中断时，系统会根据中断向量在IDT 中找到对应的处理程序并执行。

在Linux系统中，IDT的使用起到了非常重要的作用，本文将详细介绍x86的IDT以及在Linux系统中的应用。

一、x86的IDT1. IDT的结构在x86架构中，IDT是由256个8字节的描述符组成的数组。

每个描述符包含了中断处理程序的入口地址以及一些相关的属性信息。

其中，前32个描述符是系统预留的，用于处理硬件或异常相关的中断，如除零错误、缺页异常等。

从第32个描述符开始，可以由用户定义和使用。

2.中断向量和中断类型中断向量是一个8位无符号数，表示了中断的类型和优先级。

在x86架构中，有256个中断向量，其中0到31是预留给系统使用的，32到255可以由用户自定义。

常见的一些中断类型如下：- 0：除以零异常- 1：调试异常- 2：非屏蔽中断（NMI）- 3：断点异常- 4：溢出异常- 5：边界检查异常- 6：无效操作码异常- 7：设备不存在异常- 8：双重故障异常- ...3. IDT的加载和初始化在x86架构中，IDT需要通过加载IDTR寄存器来启用。

IDTR是一个包含48位的寄存器，其中高32位是IDT的基地址，低16位是IDT 的限长。

通过将IDT的基地址和限长存入IDTR寄存器，并设置特权级别等相关属性，系统就可以启用IDT。

二、在Linux系统中的应用1.中断处理程序在Linux系统中，IDT被广泛应用于处理各种中断事件，如硬件中断、定时器中断、软件中断等。

每个中断对应一个中断处理程序，当中断发生时，CPU会根据IDT找到对应的处理程序并开始执行。

2.注册中断处理程序在Linux内核中，可以通过注册中断门的方式来注册和设置中断处理程序。

8位RISC MCU IP软核仿真的新方法

8位RISC MCU IP软核仿真的新方法随着集成电路产业的发展，SoC系统已经成为IC产业的主流。

微控制器（MCUMCU）是SoC 系统的核心模块，由于8位微控制器具有指令简单灵活、规模小、速度快的特点，因此广泛应用于SoC系统中。

本文所要验证的8位RISCRISC MCU IP核是与Microchip公司的8位MCU指令集完全兼容的IP核，采用哈佛总线结构，地址总线和数据总线分开，程序和数据分别存储在程序存储器和数据存储器中；采用两级流水线设计，共有33条指令，指令宽度为12位，PC宽度为11位，可寻址2KB[1]。

除了部分条件测试指令和跳转指令为双周期外，其他所有指令都可以在一个指令周期完成。

1 MCU的结构分析该MCU核没有内部程序存储器，顶层划分为控制部分和数据通路两部分，细化后的结构。

图1 MCU结构细化图(1)控制部分由节拍发生器模块、看门狗模块和复位逻辑模块组成。

(2)数据通路由程序计数器（PC）、堆栈、指令寄存器(IR)、指令译码器、专用寄存器、通用寄存器、数据选择器、ALU、IO端口模块等组成。

设计的具体实现不是本文的重点，因此不对整体设计实现作出详细介绍。

鉴于流水线和跳转指令的实现是RISC MCU设计和仿真中的重点和难点，下文详细介绍流水线和跳转指令的实现原理。

，一条指令的执行由Q1、Q2、Q3、Q4这4个时钟节拍来完成，在当前指令执行周期中，PC值在Q1节拍有效时加1，Q4节拍把下一条指令取出到指令寄存器，准备让MCU在下一个指令周期执行，从而实现了流水线的操作。

图2 两级流水线的实现若当前执行的指令为跳转指令，如子程序调用指令CALL（假设CALL指令地址为PC1）执行时，CALL指令的下一条指令ROM[PC1+1]需要在程序返回时才能执行，但此时PC指针已经指向下一条指令，为了避免流水线遭到破坏，Q4取指时要用空操作指令（NOP）屏蔽掉下一条指令[2]，PC值在下一个指令周期的Q1有效时更改为子程序的地址用于调用子程序，同时将当前PC（PC1+1）值压入堆栈。

内核同步机制之complete

内核编程中常见的一种模式是，在当前线程之外初始化某个活动，然后等待该活动的结束。

这个活动可能是，创建一个新的内核线程或者新的用户空间进程、对一个已有进程的某个请求，或者某种类型的硬件动作，等等。

在这种情况下，我们可以使用信号量来同步这两个任务。

然而，内核中提供了另外一种机制——completion接口。

Completion是一种轻量级的机制，他允许一个线程告诉另一个线程某个工作已经完成。

linux/include/linux/completion.hstruct completion {unsigned int done;//指示等待的事件是否完成。

初始化时为0。

如果为0，则表示等待的事件未完成。

大于0表示等待的事件已经完成。

wait_queue_head_t wait; //等待队列。

};虽然信号量可以用于实现同步，但往往可能会出现一些不好的结果。

例如：当进程A分配了一个临时信号量变量，把它初始化为关闭的MUTEX，并把其地址传递给进程B,然后在A之上调用down()，进程A打算一旦被唤醒就撤销给信号量。

随后，运行在不同CPU上的进程B在同一个信号量上调用up()。

然而，up()和down()的目前实现还允许这两个函数在同一个信号量上并发。

因此，进程A可以被唤醒并撤销临时信号量，而进程B还在运行up()函数。

结果up()可能试图访问一个不存在的数据结构。

这样就会出现错误。

为了防止发生这种错误就专门设计了completion机制专门用于同步。

定义和初始化：struct completion completion; 动态初始化completioninit_completion(&completion);static inline void init_completion(struct completion *x){x->done = 0;init_waitqueue_head(&x->wait);}直接定义并调用init_completion()初始化。

它能做什么？五核心异构x86 SoC英特尔Lakefield技术解析

它能做什么？五核心异构x86 SoC英特尔Lakefield技术解析作者：***来源：《微型计算机》2020年第08期在这个智能移动设备已经占据了我们生活绝大部分的年代，如何设计一颗更好、更节能、更适合移动设备使用的处理器，一直以来都是芯片厂商最为关注的话题之一。

在ARM架构中，ARM推出了诸如big.LITTLE以及现在被称作DynamIQ大小核匹配的一整套软硬件解决方案，并带来了非常不错的使用效果。

在x86架构这边，截至目前依旧是大核心对大核心、小核心对小核心，还没有一款产品能够融合两者的优势。

不过，在x86上的这个空白可能要被英特尔填补了。

2019年，英特尔就宣布了新的Atom、Core架构以及全新的Foveros 3D封装技术，以及这些技术综合而来的全新Lakefield处理器和其代表的全新混合式异构架构。

随着Lakefield处理器的消息不断爆出，各种有关这款产品在设计和性能方面的数据开始走向前台，引发了人们对采用这款全新设计、全新架构和独特异构方案的处理器的好奇。

今天，本文就综合多方内容，对这款英特尔未来的移动处理器之星进行解读。

去年，英特尔发布了Lakefield架构。

当時和Lakefield-起登场的还有全新的3D封装技术Foveros以及一些全新的处理器架构设计。

作为英特尔近十年来改变最大的处理器产品，Lakefield在设计思路和实现方式上给人们带来了全新的思考，这款堪称里程碑式的产品，一定会在整个处理器的发展历史中留下浓墨重彩的一笔。

先来看名称，Lakefield是一款移动SoC的代号，也是这款SoC架构特征的名称。

设计方面，全新的Lakefield带来了大量不同于之前处理器的设计，包括更小的电路板尺寸、更出色的功耗和性能功耗比表现等。

架构方面，Lakefield最值得关注的地方还是其独特的异构多核架构，这个架构包含了非偶数的处理器数量，分别是一个大核心和四个小核心，显然，Lakefield 吸取了目前智能手机移动SoC的部分思想，并结合x86实际应用场景的特性。

《电工技术及应用》ch8

顺序功能图主要由步、动作、转换条件和有向连线四个元素构成。
X0
X1
(Y0)
Y0 (END)
初始步 S2
转换
X0X1
步 S20
转换条件
动作 Y0
X1
S21
起保停控制电路的顺序功能图
6.三菱FX系列PLC的基本编程单元
➢基本编程单元
输入继电器X：八进制编号，FX2N编号范围：X000~X267
输出继电器Y：八进制编号， FX2N编号范围： Y000~Y267
“起保停”控制电路
X0
X1
(Y0)
SB0
SB1
KM
Y0 (END)
KM
➢指令表或语句表用指令来编制的程序；
指令由操作码和操作数两部分组成。操作码表示操作功能，用特定字符表示；操作数指的是操作码后面的数值或PLC地址，一般由标识符和参数两部分组成。例如：MOV M0 M1
不同品牌PLC的指令不相同；
Ch8可编程逻辑控制器及其应用
教师：张志雄 2020年07月
1.可编程逻辑控制器的发展
➢发展历史
继电接触器控制电路缺点：接线复杂，不便于维修和更改 1969年，根据通用汽车公司招标要求，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller）； 70年代初，日本、德国和中国等也都陆续研制出他们的PLC产品； 70年代后期，PLC技术进入快速发展阶段，PLC的运行速度、存储量和小型化都获得快速提升； 80年代初，PLC在西方发达国家得到了广泛应用。 PLC发展方向：输入和输出点数不断增加，扫描速度提高，内部存储变大，通讯能力变强，标准化，全集成。
X0

Linux内核同步机制简介分析

Linux内核同步机制简介1 介绍1)由于现代Linux操作系统是多任务、SMP、抢占式以及中断是异步执行的，导致共享资源容易被并发访问，从而使得访问共享资源的各线程之间互相覆盖共享数据，造成被访问数据处于不一致状态，因此Linux提供了同步机制来防止并发访问。

2)常用的同步机制（如自旋锁）用来保护共享数据使用起来简单有效，但由于CPU的处理速度与访问内存的速度差距越来越大，导致获取锁的开销相对于CPU的速度在不断的增加。

因为这种锁使用了原子操作指令，需要原子地访问内存，即获取锁的开销与访问内存的速度相关。

3)Linux内核根据对不同共享资源的特性，提供多种同步机制：原子操作、自旋锁、读-写自旋锁、信号量、读-写信号量、完成变量、顺序锁、禁止抢占、内存屏障及RCU，本文将对其分别进行简要介绍。

2 原子操作（atomic）2.1 基本原理1)所谓原子操作，就是该操作绝不会在执行完毕前被任何其它任务或事件打断，它是最小的执行单位，不可能有比它更小的执行单位。

2)原子操作通常是内联函数，通过内联汇编指令来实现。

3)原子操作需要硬件的支持，因此不同的体系结构的实现方式不同。

4)内核提供了两组原子操作接口：整数操作和位操作。

2.1.2 原子整数操作1)原子操作主要用于实现资源计数，很多引用计数就是通过原子操作实现的。

2)原子类型定义如下：（参看RHEL6.5GA_x86_64内核文件：/root/include/linux/types.h）3)针对整数的原子操作只能对atomic_t类型的数据进行处理，原因如下：a)让原子函数只接受atomic_t类型的操作数，可以确保原子操作只与这种特殊类型一起使用。

b)使用atomic_t类型确保编译器不对相应的值进行优化，使得原子操作最终接收到正确的内存地址。

c)可以屏蔽不同体系结构上实现原子操作的差异。

2.1.2 原子位操作1)位操作函数是对普通的内存地址进行操作的，对所操作的数据类型没有要求。

Linux内核中的同步机制【转载】

本文周详的介绍了Linux内核中的同步机制：原子操作、信号量、读写信号量和自旋锁的API，使用需求及一些典型示例一、引言在现代操作系统里，同一时间可能有多个内核执行流在执行，因此内核其实象多进程多线程编程相同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（semaphore）、读写信号量（rw_semaphore）、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）。

二、原子操作所谓原子操作，就是该操作绝不会在执行完毕前被所有其他任务或事件打断，也就说，他的最小的执行单位，不可能有比他更小的执行单位，因此这里的原子实际是使用了物理学里的物质微粒的概念。

原子操作需要硬件的支持，因此是架构相关的，其API和原子类型的定义都定义在内核源码树的include/asm/atomic.h文件中，他们都使用汇编语言实现，因为C语言并不能实现这样的操作。

原子操作主要用于实现资源计数，非常多引用计数(refcnt)就是通过原子操作实现的。

原子类型定义如下：typedef struct{volatile int counter;}atomic_t;volatile修饰字段告诉gcc不要对该类型的数据做优化处理，对他的访问都是对内存的访问，而不是对寄存器的访问。

原子操作API包括：atomic_read(atomic_t * v);该函数对原子类型的变量进行原子读操作，他返回原子类型的变量v的值。

atomic_set(atomic_t * v, int i);该函数设置原子类型的变量v的值为i。

Linux_C_同步_内核原子_自旋锁_互斥锁

Linux 同步方法剖析内核原子，自旋锁和互斥锁你也许接触过并发（concurrency）、临界段（critical section）和锁定，不过怎么在内核中使用这些概念呢？本文讨论了 2.6 版内核中可用的锁定机制，包括原子运算符（atomic operator）、自旋锁（spinlock）、读/写锁（reader/writer lock）和内核信号量（kernel semaphore）。

本文还探讨了每种机制最适合应用到哪些地方，以构建安全高效的内核代码。

本文讨论了 Linux 内核中可用的大量同步或锁定机制。

这些机制为 2.6.23 版内核的许多可用方法提供了应用程式接口（API）。

不过在深入学习 API 之前，首先需要明白将要解决的问题。

并发和锁定当存在并发特性时，必须使用同步方法。

当在同一时间段出现两个或更多进程并且这些进程彼此交互（例如，共享相同的资源）时，就存在并发现象。

在单处理器（uniprocessor，UP）主机上可能发生并发，在这种主机中多个线程共享同一个 CPU 并且抢占（preemption）创建竞态条件。

抢占通过临时中断一个线程以执行另一个线程的方式来实现 CPU 共享。

竞态条件发生在两个或更多线程操纵一个共享数据项时，其结果取决于执行的时间。

在多处理器（MP）计算机中也存在并发，其中每个处理器中共享相同数据的线程同时执行。

注意在 MP 情况下存在真正的并行（parallelism），因为线程是同时执行的。

而在 UP 情形中，并行是通过抢占创建的。

两种模式中实现并发都较为困难。

Linux 内核在两种模式中都支持并发。

内核本身是动态的，而且有许多创建竞态条件的方法。

Linux 内核也支持多处理（multiprocessing），称为对称多处理（SMP）。

临界段概念是为解决竞态条件问题而产生的。

一个临界段是一段不允许多路访问的受保护的代码。

这段代码能操纵共享数据或共享服务（例如硬件外围设备）。

Linux内核的同步机制信号量与自旋锁

Linux内核的同步机制信号量与自旋锁在现代操作系统里，同一时间可能有多个内核执行流在执行，因此内核其实象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。

信号量在创建时需要设置一个初始值，表示同时可以有几个任务可以访问该信号量保护的共享资源，初始值为1就变成互斥锁（Mutex），即同时只能有一个任务可以访问信号量保护的共享资源。

信号量的API有：DECLARE_MUTEX(name)该宏声明一个信号量name并初始化它的值为0，即声明一个互斥锁。

DECLARE_MUTEX_LOCKED(name)该宏声明一个互斥锁name，但把它的初始值设置为0，即锁在创建时就处在已锁状态。

因此对于这种锁，一般是先释放后获得。

void sema_init (struct semaphore *sem, int val);该函用于数初始化设置信号量的初值，它设置信号量sem的值为val。

void init_MUTEX (struct semaphore *sem);该函数用于初始化一个互斥锁，即它把信号量sem的值设置为1。

void init_MUTEX_LOCKED (struct semaphore *sem);该函数也用于初始化一个互斥锁，但它把信号量sem的值设置为0，即一开始就处在已锁状态。

void down(struct semaphore * sem);该函数用于获得信号量sem，它会导致睡眠，因此不能在中断上下文（包括IRQ上下文和s oftirq上下文）使用该函数。

该函数将把sem的值减1，如果信号量sem的值非负，就直接返回，否则调用者将被挂起，直到别的任务释放该信号量才能继续运行。

int down_interruptible(struct semaphore * sem);该函数功能与down类似，不同之处为，down不会被信号（signal）打断，但down_interrup tible能被信号打断，因此该函数有返回值来区分是正常返回还是被信号中断，如果返回0，表示获得信号量正常返回，如果被信号打断，返回-EINTR。

chp8 计算机组成原理输入输出系统

Intel 8259 Intel 8257
4. 按数据传送的控制方式分类
I/O端口

I/O接口中通常含有数据寄存器、命令寄存器、状态寄存器等，每个寄存器称为一个端口一个I/O接口中通常含有多个端口对端口的访问(读、写)需要知道端口的地址
I/O端口的编址
(1) 统一编址方式把I/0端口当做存储器的单 FFFFF 元进行分配地址。优点：不需要专门的输入输出指令，并使CPU访问I0的操作更灵活、更方便，此外存储器空间还可使端口有较大的编址空间。缺点：端口占用了存储器地 00000 址，使内存容量变小
1. 按数据传送方式分类
并行接口 Intel 8255 Intel 8251
串行接口
可编程接口
2. 按功能选择的灵活性分类
Intel 8255、 Intel 8251 不可编程接口 Intel 8212
3. 按通用性分类
通用接口
专用接口
中断接口 DMA 接口
Intel 8255、 Intel 8251 Intel 8279、 Intel 8ห้องสมุดไป่ตู้75

I/O方式-程序查询方式 I/O方式-程序中断方式

中断的基本概念；中断响应过程；中断处理过程；多重中断和中断屏蔽的概念。 DMA控制器的组成；DMA传送过程。

I/O方式- DMA方式

I/O方式-通道方式
什么是I/O接口（电路）？
I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽上插的电路板（适配器）都是接口电路

①自愿中断是出于计算机系统管理的需要，自愿地进入中断。自愿中断是可以预料的。 ② 强迫中断产生的原因有硬件故障和软件出错等。

linux内核源代码-中断处理程序与内核同步详解

软中断机制
• 使用软中断
– 分配索引 <linux/interrupt.h>中，已用的：
HI_SOFTIRQ
0
优先级高的TASKLets
TIMER_SOFTIRQ
1
NET_TX_SOFTIRQ
2
NET_RX_SOFTIRQ
3
SCSI_SOFTIRQ
4
TASKLET_SOFTIRQ 5
添加自己的项时要根据优先级定义加入，一般在SCSI的下面。
tasklet_ enable( & my_ tasklet) ;
总结 tasklet机制
Ksoftirqd
• 软中断和tasklet机制中，当中断或 tasklet频繁发生时其处理方式要慎重选择。
– 尽快执行（系统忙时，用户进程得不到响应） – 滞后执行（系统闲的时候，中断处理的也不快）
LINUX中断处理程序及内核同步
• 系统调用和中断(回顾上节课内容) • 中断处理程序的上、下半部机制 • LINUX下半部处理机制 • 同步的经典问题 • LINUX内核同步实现 • 实验问题解答
系统调用和中断(回顾上节课内容)
• 系统调用原理
• INT 80H
• 中断描述符（80H指向system_call） • 系统调用表（system_call_table）
Tasklets机制
• 使用 tasklets
– 声明Tasklet
• DECLARE_TASKLET(name,func,data) • DECLARE_TASKLET_DISABLED(…) 以上是静态的方式 Tasklet_in it(t,tasklet_handler,dev) ;/*动态创建*

内核同步机制-RCU同步机制

内核同步机制-RCU同步机制⽬录[]RCU同步机制RCU介绍RCU（Read-Copy Update）是⼀种极端的⾮对称读/写同步机制，基本点是允许读操作在没有任何锁及原⼦操作的情况下进⾏。

这意味着在更新操作进⾏的时候读操作也可能在运⾏。

读者临界代码不需要承担任何同步开销，不需要锁，不需要原⼦指令，在⼤多数平台，还不需要内存屏障指令。

因此，仅读的⼯作负载可以获取近乎理想的执⾏性能。

写者临界代码必须承担主要的同步开锁，为了适应读者的临界代码要求，写者必须延迟销毁数据结构和维护数据结构的多个版本，必须使⽤同步机制，如：加锁、提供排序的更新。

读者必须提供信号，让写者决定何时完成数据结构销毁操作是完全的，但该信号可能被延迟，允许⼀个单信号操作服务多个读者RCU临界代码。

RCU通常⽤⾮原⼦操作地增加⼀个本地计数器的⽅法发信号给写者，该⽅法开销很⼩。

⼀种特殊的垃圾回收器⽤于观察读者发给写者的信号，⼀旦所有护者已发信号表⽰可以安全销毁时，垃圾回收器才执⾏销毁操作。

垃圾回收器通常以类似于屏障计算的⽅式实现，或者在NUMA系统⽤⼀个联合树的形式实现。

RCU通过延迟写操作来提⾼同步性能。

系统中数据读取操作远多于写操作，⽽rwlock读写锁机制在SMP对称多处理器环境下随着处理机增多性能会迅速下降，RCU“读拷贝更新”机制改善了这种情况，RCU技术的核⼼是写操作分为“写”和“更新”两步，允许读操作在任何时候⽆阻碍访问，当系统有写操作时，更新动作⼀直延迟到对该数据的所有读操作完成为⽌。

RCU通过延迟写操作来提⾼同步性能。

下⾯⽤⼀个具体的例⼦具体的例⼦说明RCU是如何延迟更新的。

样例：使⽤RCU机制更新单向链表有两个线程访问⼀个单向链表，在线程1对元素B做没有锁的读时线程0将更新元素B。

见图1所⽰。

此时，线程0不能简单地修改元素B，因为这将⼲扰线程1对元素B的访问。

作为代替，线程0拷贝元素B到B’，修改B’，发出内存屏障操作，接着，元素A的next指针指到B’。

一文详解Linux线程同步

一文详解Linux线程同步简介：程磊，一线码农，在某手机公司担任系统开发工程师；阅码场荣誉总编辑；日常喜欢研究内核基本原理。

目录：一、概念解析1.1 名词解释1.2 线程同步与防同步二、线程防同步方法2.1 时间上防同步2.2 空间上防同步2.3 事后防同步三、原子操作3.1 int原子操作3.2 long原子操作3.3 bit原子操作四、加锁机制4.1 锁的底层原理4.2 简单自旋锁4.3 互斥锁4.4 信号量五、per-CPU变量六、RCU 简介七、序列锁八、总结回顾一、概念解析我们在工作中会经常遇到线程同步，那么到底什么是线程同步呢，线程同步的本质是什么，线程同步的方法又有哪些，为什么会有这些方法呢？在回答这些问题之前，我们先做几个名词解释，以便建立共同的概念基础。

1.1 名词解释CPU：本文中的CPU都是指逻辑CPU。

UP：单处理器(单CPU)。

SMP：对称多处理器(多CPU)。

线程、执行流：线程的本质是一个执行流，但执行流不仅仅有线程，还有ISR、sof ti rq、tasklet，都是执行流。

本文中说到线程一般是泛指各种执行流，除非是在需要区分不同执行流时，线程才特指狭义的线程。

并发、并行：并发是指线程在宏观上表现为同时执行，微观上可能是同时执行也可能是交错执行，并行是指线程在宏观上是同时执行，微观上也是同时执行。

伪并发、真并发：伪并发就是微观上是交错执行的并发，真并发就是并行。

UP上只有伪并发，SMP上既有伪并发也有真并发。

临界区：访问相同数据的代码段，如果可能会在多个线程中并发执行，就叫做临界区，临界区可以是一个代码段被多个线程并发执行，也可以是多个不同的代码段被多个线程并发执行。

同步：首先线程同步的同步和同步异步的同步，不是一个意思。

线程同步的同步，本文按照字面意思进行解释，同步就是统一步调、同时执行的意思。

线程同步现象：线程并发过程中如果存在临界区并发执行的情况，就叫做线程同步现象。

高速HART C8PSK位同步与均衡系统设计

且具有很好的抗噪声性能。
关键词：高速ＨＴ；位同步；ＣＤ编码预置式均衡器；信道估计ＡＲＳ
中图分类号：Ｔ３３Ｐ９文献标识码：Ａ。文章编号：０５ — ９８２１）０００－５２８７９（００１－１６０
ＣｏｒｎｃｔｎａｎｔｒｍｎｕｉａｉｄＮｅｗｏｋｏ
高速ＨＲ８ＳＡＴＣＰＫ位同步与均衡系统设计
金郑华，王宏，杨志家
（．中国科学院沈阳自动化研究所工业信息学重点实验室，辽宁沈阳１０１；１０６１２．中国科学院研究生院，京１０３）北００９
摘要：提出一种新的低功耗ＨＡＴＣＰＫ位同步与均衡结Ｒ８Ｓ速稳定，少位同步跟踪计算频率和所需信号采样，而降低均衡器和插值器的计算频率。同时根据减从ＨＲＡＴ信道特点，出一种新的基于ＣＤ编码的均衡器结构，每个采样点均衡运算功耗大幅降低。提Ｓ使整个系统通过资源复用，量节省硬件资源。通过分析和仿真表明，结构不仅能大幅降低功耗，大该而
ｔｌｓｑｉｂｉｍｔｔｕｃｌｙｓｎｔｎｎｔｌａｉｎ，ａｄｕｓｑｅｔｒｄｃｓｏｋｒｑｅｃｎａｌｓｅｄｄｆｒｔｅａｕｅｕｌｒｕｓａｅｑｉｋｙｂｕｉｇｉｇｉｉａｉｔｉｍｉｉｚｏｎｓｂｅｕｎｌｅｕｅｗｒｆｕｎｙａｄｓｍｐｅｎｅｅｏｈｙｅｔｎｒｃｉｇｏｎｅｐｌｔｒａｄｅｕｌｅ，ｗｈｃｆｒｓｍｐｅｏｙｃｒｎｚｒｃｎｗｏｋｎｏｆｑｅｃｏ．Ａｃｏｄｎｔｉｇｔａｋｎ．Ｓｉｔｒｏａｏｎｑａｉｒｍｉｚｉｈｏｆａｌｓｆｒｓｎｈｏｉ，ａｒｉｌｗｒｕｎｙｔｏｅｅｅｃｒｉｇｏｔｅｈｒｃｅｉｉｆＨＡＲｈｎｅ，ａｏｅＤｏｅｐｅｅｑａｉｒｓｒｃｕｅｓｎｒｄｃｄｔｏｅｈｐｗｅｏｓｍｐｉｎｆｈｃａａｔｒｔｏｓｃＴｃａｎｌｎｖｌＣＳｃｄｄｒｓｔｅｕｌｅｔｔｒｉｚｕｉｔｏｕｅｏｌｗｒｔｅｏｒｃｎｕｔｏｏｅｕｌｅｐｒｔｎｆｒｎｓｍｐｅｑａｉｒｏｅａｉｏｏｅａｌ．Ｔｅｈｌｓｕｔｒｓｖｓｒｓｕｃｓｂｒｕｉｇｈｍ．Ａｎｌｓｓｎｓｍｕａｉｎｈｓｈｗｈｔｚｏｈｗｏｅｔｃｕｅａｅｅｏｒｅｙｅｓｔｅｒｎａｙｉａｄｉｌｔａｓｏｎｔａｏｔｅｓｒｃｕｅｗｅｄｖｌｐｄｎｔｏｌａｅｕｅｐｗｒｃｎｕｔｎｂｔａｓａｏｄｎｉｅｔｌｒｎｅｈｔｕｔｒｅｅｏｅｏｎｙｃｎｒｄｅｏｅｏｓｍｐｉｕｌｏｈｓｇｏｏｓｏｅａｃ．ｏ

Linux内核的同步机制是什么？主要有哪几种内核锁.doc

Linux内核的同步机制是什么？主要有哪几
种内核锁
Linux的同步机制从2.0到2.6以来不断发展完善。

从最初的原子操作，到后来的信号量，从大内核锁到今天的自旋锁。

这些同步机制的发展伴随Linux从单处理器到对称多处理器的过渡；
伴随着从非抢占内核到抢占内核的过度。

Linux的锁机制越来越有效，也越来越复杂。

Linux的内核锁主要是自旋锁和信号量。

自旋锁最多只能被一个可执行线程持有，如果一个执行线程试图请求一个已被争用（已经被持有）的自旋锁，那么这个线程就会一直进行忙循环——旋转——等待锁重新可用。

要是锁未被争用，请求它的执行线程便能立刻得到它并且继续进行。

自旋锁可以在任何时刻防止多于一个的执行线程同时进入临界区。

Linux中的信号量是一种睡眠锁。

如果有一个任务试图获得
一个已被持有的信号量时，信号量会将其推入等待队列，然后让其睡眠。

这时处理器获得自由去执行其它代码。

当持有信号量的进程将信号量释放后，在等待队列中的一个任务将被唤醒，从而便可以获得这个信号量。

信号量的睡眠特性，使得信号量适用于锁会被长时间持有的情况；只能在进程上下文中使用，因为中断上下文中是不能被调度的；另外当代码持有信号量时，不可以再持有自旋锁。

ch81二进制同步通信规程

• BSC另行规定的三个控制字符：用于紧急情况处理
– RVI：Receive Information接收方紧急消息
• 用以申请中断（当发送端有紧急任务要发送时）
– TTD：Temporary Text Delay
– 访问控制
显示站点的工作状态等。
– 流量控制 – 差错控制
管理链路并处理异常
– 链路管理
– 透明传输
– 异常状态恢复
1.数据链路层的主要功能
• 在物理层提供的通信线路连接和比特流传输的基
础上，在相邻两台计算机之间的链路层上提供可
靠和有效的通信
– 帧同步：bitframe并实现帧同步
– 寻址：在多点连接设备中识别和查找源与目标
– 流量控制
管理链路并确处认理。异常
– 差错控制
– 链路管理
– 透明传输
– 异常状态恢复
1.数据链路层的主要功能
• 在物理层提供的通信线路连接和比特流传输的基
础上，在相邻两台计算机之间的链路层上提供可
靠和有效的通信
– 帧同步：bitframe并控实制现信帧息同的步传输方向，建
– 寻址：在多点连接设备立中和识结别束和链查路找的源逻与辑目链标接、
名称标题开始正文开始正文结束传输结束
询问确认否定应答数据链转义同步组传输结束
英文缩写 SOH STX ETX EOT ENQ ACK NAK DLE SYN ETB
ASCII码值 000 0001 000 0010 000 0011 000 0100 000 0101 000 0110 001 0101 001 0000 001 0110 001 0111
BSC使用的控制字符
– NAK：Negative Acknowledge

chp7-内核中的同步

•Dijkstra把广义同步问题抽象成一种“生产者与消费者问题”（Producer-consumerrelationship）的抽象模型。事实上，计算机系统中的许多问题都可归结为生产者与消费者问题，生产者与消费者可以通过一个环形缓冲池（见图3.8）联系起来，环形缓冲池由几个大小相等的缓冲块组成，每个缓冲块容纳一个产品。每个生产者可不断地每次往缓冲池中送一个生产产品，而每个消费者则可不断地每次从缓冲池中取出一个产品。
>
临界区举例
可能的实际执行结果：
内核任务1
获得 i(1)
内核任务2
--获得 i(1) --增加 i(1->2)
期望的结果
内核任务1 获得i(1) 增加 i(1->2) 写回 i(2) 内核任务2 ------获得 i(2) 增加 i(2写回 i(3)
--增加 i(1->2) ---
写回 i(2)
解决同步问题
I buf
C
设立与资源相关的私有信号量（资源信号量）。设缓冲区只有一个缓冲单元 Empty=1 表示空单元个数。 Full=0 表示装满信息的单元个数。
I
C P(full)
P(empty)
放数据
取数据
V(full)
V(empty)
经典的同步/互斥问题
• 生产者与消费者
生产者与消费者问题
生产者/消费者算法描述
j
满
i
• var mutex，empty，full：psemaphore；空 • i,j ， goods ： integer ； buffer ：图3-8 环形缓冲区 array [0…n-1] of item； • procedure producer；生产者进程 procedure consumer ；消费者进程 • begin begin • while true do while true do • begin begin • produce next product； P(full)； P(mutex)； • P(empty)； goods：= buffer(j)； • P(mutex)； j:=(j+1) mod(n)； • buffer(i):=product； V(mutex)； • i:=(i+1) mod(n)； V(empty)； • V(mutex)； consume product； • V(full)； end end； • end • end；