Linux下多线程并发控制的机制分析

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1、Linux下多线程并发控制的机制分析一、Linux下并发控制原因及方法1.1、并发控制如果在对linux字符设备驱动实例进行分析时，我们可能会有一个疑问，当我们调用copy_to_user和copy_from_user函数完成从用户态、内核态的读写操作的时候，如果这两个操作并发执行的话会出现一个什么样的情况？那肯定是会出现问题的，这个很容易理解，那么我们怎么去解决这一类似的问题呢？这就是我现在要探讨的linux并发控制机制。我们在设备驱动的编写过程中要解决的一个问题就是并发的控制，也就是进程对共享资源的并发访问，而在linux中，提供了多个解决并发控制的方式，比如：中断屏蔽、原子操作、互

2、斥锁等，下面将逐一介绍。1.2、中断屏蔽中断屏蔽的概念实际上就是平常所说的开中断、关中断。在单cpu中使用中断屏蔽来避免竟态是很方便的一种方法，每次在进入临界区之前屏蔽所有的中断，访问完成后再打开中断。这项功能可以保障在执行的内核执行路径不被中断处理程序所抢占。它将使得中断与进程之间的并发不在发生，而且由于linux内核的进程调度都依赖于中断来实现，所以这样也就可以避免进程之间的并发。中断对于内核的运行是非常重要的，在中断屏蔽期间，所有的中断都无法得到处理，因此长时间的屏蔽中断是很危险的，可能会造成数据丢失、系统崩溃等严重的后果。这就要求临界区的执行应该尽可能的快。1.3、原子操作原子操

3、作，指的是在执行的过程中不会被中断的操作。linux内核提供了一系列的函数来完成原子操作，内核代码可以安全的调用他们而不被打断。1.4、自旋锁-12-自旋锁是一种典型的互斥访问临界资源的手段。为何叫自旋锁，还得从他的工作机制说起。为了获得一个自旋锁，在cpu上运行的代码需要先执行一个原子操作，该操作测试并设置某个内存变量，而且在操作完成之前无法被打断，即别的执行单元是不能访问这个内存变量的。当测试结果表明锁已空闲，那么程序就获得者个自旋锁并继续执行它，如果测试表明锁被占用，那么程序则一直重复测试操作直到锁空闲为止，这就是自旋的概念。理解一个自旋锁也不是很困难，我们可以把它当成一个变量来看

4、待，就像原子变量。比如两个执行单元A、B，如果A先进入，那么它将持有锁，当B也想进入的时候，但是测试出锁已经被占有，那么它将一直等待锁被释放后再进入。二、程序功能设计为了研究Linux下的多线程机制，设计生产者和消费者研究程序，程序结构如下图所示：图1.1程序结构图主线程负责创建生产者线程和消费者线程。主线程同时还负责观察产品仓库的情况，它每5秒查看一次仓库的大小和剩余产品。生产者线程在启动以后，负责生产产品，并且往产品仓库里面放。消费者线程在启动以后，负责消费产品，从产品里面取出产品。-12-当生产者线程把产品仓库放满以后，就不再生产产品，而是等待消费者取走产品后再生产。消费者把仓库取

5、空之后，就不再从仓库中取产品，而是等待生产者生产产品后再取。三、程序实现环境：操作系统：RHEL5，语言：C++。在Linux中，使用Pthread库来操作线程。POSIXthread是一个标准线程定义，该标准定义一系列的多线程标准。pthreads线程库实现了POSIX线程标准，定义了一套CC++语言下的线程库。首先需要定义生产者线程、消费者线程、产品仓库等，在本例中，使用pthread线程库，所以生产者线程和消费者线程都定义为pthread_t类型；产品仓库则使用一个先进先出的队列来实现，这个队列类型直接使用了stl库中的list结构。//定义生产者和消费者线程pthread_tp

6、roducer,consumer;//定义产品仓库，用List结构来保存。liststoreList;在主线程中使用pthread_create方法来创建了生产者线程和消费者线程，创建线程主要需要传入pthread_t类型的线程对象，以及线程的工作方法。如果线程创建函数返回的值不为0，则表示线程创建失败，可能由于没有足够的系统资源。//创建生产者线程，并使其工作。ret=pthread_create(&producer,NULL,producer_work,NULL);//创建消费者线程，并使其工作。ret1=pthread_create(&consumer,NULL,cons

7、umer_work,NULL);//如果线程创建函数返回的值不为0，则表示线程创建失败，可能由于没有足够的系统资源。if(ret!=0

8、

9、ret1!=0){cout<<"创建线程错误!";exit(1);}-12-在生产者线程的工作代码(producer_work方法)中，首先用死循环来保证它一直在工作，每一次的工作逻辑如下：a.判断仓库大小，如果仓库未满，则往仓库里放入产品。b.放完产品以后，判断消费者线程是否在睡眠状态，如果