什么是并发操作

并发是指多个执行单元同时、并行被执行，而并发的执行单位对于共享资源（硬件资源和软件上的全局变量、静态变量等）的访问很容易导致竞态（race conditions）

竞态主要发生在如下几种情况：

1、对称多处理器（SMP）的多个CPU

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

4、中断也可能被更高优先级的中断打断，因此，多个中断之间也可能引起并发导致竞态

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，其他的执行单元被禁止访问。

访问共享资源的代码区成为临界区，临界区需要被以某种互斥机制加以保护，中断屏蔽、原子操作、自旋锁和信号量是linux设备驱动中可采用的互斥途径。

 

1、中断屏蔽：只能禁止和使能本CPU内的中断。

2、原子操作：是指在执行过程中不会被别的代码路径所中断的操作。内核代码可以安全的调用它们而不被打断。分为针对位和整形变量进行原子操作两类

3、自旋锁：理解它最简单的方法是把它当作一个变量看待，该变量把一个临界区标记为”我当前在运行，请稍等一会“或者标记为”我当前不在运行，可以被使用“

           使用自旋锁可以保证临界区不受别的CPU和本CPU内的抢占进程打扰，但是得到锁的代码路径在执行临界区的时候，还可能受到中断和底半部的影响。

           为防止这种影响，需要用到自旋锁的衍生。可以避免突如其来的中断对系统造成的伤害。

           使用自旋锁需注意如下：

           1、实际上是忙等锁，当锁不可用时，CPU一直循环执行”测试并设置“该锁直到可用而取得该锁，CPU在等待自旋锁时不做任何有用的工作，仅仅是等待。

               因此，只有在占有锁的时间极短的情况下，使用自旋锁才是合理的。

           2、自旋锁可能导致死锁。引发这个问题最常见的情况是递归使用一个自旋锁，即如果一个已经拥有某个自旋锁的CPU想第二次获得这个锁，则CPU将死锁

           3、自旋锁锁定期间不能调用可能引起进程调度的函数。如果进程获取自旋锁之后阻塞，如调用copy_from_user()\copy_to_user()\kmalloc()和msleep

                等，则可能导致内核崩溃。

4、信号量：只有得到信号量的进程才能执行临界区代码，与自旋锁不同的是，当获取不到信号量时，进程不会原地打转而是进入休眠等待状态，不能用在中断上下文中

                如果信号量被初始化为0，则它可以用于同步，同步意味着一个执行单元的继续执行需等待另一执行单元完成某事。

信号量和自旋锁的区别：

1、信号量是进程级的，用于多个进程之间对资源的互斥，。鉴于进程上下文的切换开销较大，只有当进程占用资源时间较长时，用信号量才是较好的选择，

    当所要保护的临界区访问时间较短时，用自旋锁是较好的

2、信号量所保护的临界区可包含可能引起阻塞的代码，而自旋锁要避免，因为阻塞意味着要进行进程的切换，如果进程切换出去后，另一个进程企图获得

     本自旋锁，死锁将发生

3、信号量存在于进程上下文，因此，如果被保护的共享资源需要在中断或软中断情况下使用，则在信号量和自旋锁之间只能选择自旋锁。