LV10-04-并发与竞争-01-并发与竞争简介

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Linux是一个多任务操作系统，肯定会存在多个任务共同操作同一段内存或者设备的情况，多个任务甚至中断都能访问的资源叫做共享资源。在驱动开发中要注意对共享资源的保护，也就是要处理对共享资源的并发访问。

一、并发与竞争简介

并发就是多个“用户”同时访问同一个共享资源。 Linux 系统是个多任务操作系统，会存在多个任务同时访问同一片内存区域，这些任务可能会相互覆盖这段内存中的数据，造成内存数据混乱。针对这个问题必须要做处理，严重的话可能会导致系统崩溃。

现在的 Linux 系统并发产生的原因很复杂，大概几个主要原因：

  • 多线程并发访问， Linux 是多任务(线程)的系统，所以多线程访问是最基本的原因。
  • 抢占式并发访问，从 2.6 版本内核开始， Linux 内核支持抢占，也就是说调度程序可以在任意时刻抢占正在运行的线程，从而运行其他的线程。
  • 中断程序并发访问，硬件中断的权利是很大的。
  • SMP(多核)核间并发访问，现在 ARM 架构的多核 SOC 很常见，多核 CPU 存在核间并发访问。

并发访问带来的问题就是竞争，多任务并行执行时，如果在一个时刻同时操作同一个资源，会引起资源的错乱。之前使用UCOSIII的时候了解过临界区这个概念，所谓的临界区就是操作共享资源的代码段，对于临界区必须保证一次只有一个线程访问，也就是要保证临界区是原子访问的。

这里的原子访问就表示这一个访问是一个步骤，不能再进行拆分。如果多个线程同时操作临界区就表示存在竞争，我们在编写驱动的时候一定要注意避免并发和防止竞争访问。

二、解决竞争

1. 处理竞争的方式

既然竞争存在巨大的隐患，那就需要解决它啦，大概有以下几种并发控制机制用于处理竞争：

  • 中断屏蔽

中断屏蔽是一种同步机制的辅助手段，适用于中断上下文与某任务共享资源时，或多个不同优先级的中断上下文间共享资源时

  • 原子变量

原子变量就是存取不可被打断的特殊整型变量，适用于共享资源为单个整型变量的互斥场合。

  • 自旋锁

自旋锁是一种基于忙等待的并发控制机制，它适用于以下场合：

（1）异常上下文之间或异常上下文与任务上下文之间共享资源时；

（2）任务上下文之间且临界区执行时间很短时；

（3）互斥问题。

  • 互斥锁

是一种基于阻塞的互斥机制，适用于任务上下文之间且临界区执行时间较长时的互斥问题。

  • 信号量

是一种基于阻塞的并发控制机制，适用于任务上下文之间且临界区执行时间较长时的互斥或同步问题

2. 选取原则

  • 不允许睡眠的上下文需要采用忙等待类，可以睡眠的上下文可以采用阻塞类。在异常上下文中访问的竞争资源一定采用忙等待类。
  • 临界区操作较长的应用建议采用阻塞类，临界区很短的操作建议采用忙等待类。
  • 中断屏蔽仅在有与中断上下文共享资源时使用。
  • 共享资源仅是一个简单整型量时用原子变量、