一.并发与竞争机制总结

二.原子操作

“原子”是化学世界中不可再分的最小微粒，一切物质都由原子组成。在Linux 内核中的原子操作可以理解为“不可被拆分的操作”，就是不能被更高等级中断抢夺优先的操作。在C语言中可以使用以下代码对一个整形变量赋值。

原子操作测试demo：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/atomic.h>
#include <linux/errno.h>static atomic64_t v = ATOMIC_INIT(1);//初始化原子类型变量v,并设置为1
static int open_test(struct inode *inode,struct file *file)
{if(atomic64_read(&v) != 1){//读取原子类型变量v的值并判断是否等于1return -EBUSY;}atomic64_set(&v,0);//将原子类型变量v的值设置为0//printk("\nthis is open_test \n");return 0;
}static ssize_t read_test(struct file *file,char __user *ubuf,size_t len,loff_t *off)
{int ret;char kbuf[10] = "topeet";//定义char类型字符串变量kbufprintk("\nthis is read_test \n");ret = copy_to_user(ubuf,kbuf,strlen(kbuf));//使用copy_to_user接收用户空间传递的数据if (ret != 0){printk("copy_to_user is error \n");}printk("copy_to_user is ok \n");return 0;
}
static char kbuf[10] = {0};//定义char类型字符串全局变量kbuf
static ssize_t write_test(struct file *file,const char __user *ubuf,size_t len,loff_t *off)
{int ret;ret = copy_from_user(kbuf,ubuf,len);//使用copy_from_user接收用户空间传递的数据if (ret != 0){printk("copy_from_user is error\n");}if(strcmp(kbuf,"topeet") == 0 ){//如果传递的kbuf是topeet就睡眠四秒钟ssleep(4);}else if(strcmp(kbuf,"itop") == 0){//如果传递的kbuf是itop就睡眠两秒钟ssleep(2);}printk("copy_from_user buf is %s \n",kbuf);return 0;
}
static int release_test(struct inode *inode,struct file *file)
{//printk("\nthis is release_test \n");atomic64_set(&v,1);//将原子类型变量v的值赋1return 0;
}struct chrdev_test {dev_t dev_num;//定义dev_t类型变量dev_num来表示设备号int major,minor;//定义int类型的主设备号major和次设备号minorstruct cdev cdev_test;//定义struct cdev 类型结构体变量cdev_test，表示要注册的字符设备struct class *class_test;//定于struct class *类型结构体变量class_test，表示要创建的类
};
struct chrdev_test dev1;//创建chrdev_test类型的
struct file_operations fops_test = {.owner = THIS_MODULE,//将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块.open = open_test,//将open字段指向open_test(...)函数.read = read_test,//将read字段指向read_test(...)函数.write = write_test,//将write字段指向write_test(...)函数.release = release_test,//将release字段指向release_test(...)函数
};static int __init atomic_init(void)
{if(alloc_chrdev_region(&dev1.dev_num,0,1,"chrdev_name") < 0 ){//自动获取设备号，设备名chrdev_nameprintk("alloc_chrdev_region is error \n");}printk("alloc_chrdev_region is ok \n");dev1.major = MAJOR(dev1.dev_num);//使用MAJOR()函数获取主设备号dev1.minor = MINOR(dev1.dev_num);//使用MINOR()函数获取次设备号printk("major is %d,minor is %d\n",dev1.major,dev1.minor);cdev_init(&dev1.cdev_test,&fops_test);//使用cdev_init()函数初始化cdev_test结构体，并链接到fops_test结构体dev1.cdev_test.owner = THIS_MODULE;//将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块cdev_add(&dev1.cdev_test,dev1.dev_num,1);//使用cdev_add()函数进行字符设备的添加dev1.class_test = class_create(THIS_MODULE,"class_test");//使用class_create进行类的创建，类名称为class_testdevice_create(dev1.class_test,0,dev1.dev_num,0,"device_test");//使用device_create进行设备的创建，设备名称为device_testreturn 0;
}static void __exit atomic_exit(void)
{device_destroy(dev1.class_test,dev1.dev_num);//删除创建的设备class_destroy(dev1.class_test);//删除创建的类cdev_del(&dev1.cdev_test);//删除添加的字符设备cdev_testunregister_chrdev_region(dev1.dev_num,1);//释放字符设备所申请的设备号printk("module exit \n");
}
module_init(atomic_init);
module_exit(atomic_exit)
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("topeet");

 测试app：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{int fd;//定义int类型的文件描述符char str1[10] = {0};//定义读取缓冲区str1fd = open(argv[1],O_RDWR);//调用open函数，打开输入的第一个参数文件，权限为可读可写if(fd < 0 ){printf("file open failed \n");return -1;}/*如果第二个参数为topeet，条件成立，调用write函数，写入topeet*/    if (strcmp(argv[2],"topeet") == 0 ){write(fd,"topeet",10);}/*如果第二个参数为itop，条件成立，调用write函数，写入itop*/  else if (strcmp(argv[2],"itop") == 0 ){write(fd,"itop",10);}close(fd); return 0;
}

三.自旋锁

自旋锁是为了保护共享资源提出的一种锁机制。自旋锁（spin lock）是一种非阻塞锁，也就是说，如果某线程需要获取锁，但该锁已经被其他线程占用时，该线程不会被挂起，而是在不断的消耗 CPU 的时间，不停的试图获取锁。为了让后面那个请求锁的线程“稍等一下”，我们需让它进行自旋，如果在自旋完成后前面锁定同步资源的线程已经释放了锁，那么该线程便不必阻塞，并且直接获取同步资源，从而避免切换线程的开销。

测试demo：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/spinlock.h>static spinlock_t spinlock_test;//定义spinlock_t类型的自旋锁变量spinlock_test
static int flag = 1;//定义flag标准为，flag等于1表示设备没有被打开，等于0则证明设备已经被打开了
static int open_test(struct inode *inode,struct file *file)
{//printk("\nthis is open_test \n");spin_lock(&spinlock_test);//自旋锁加锁if(flag != 1){//判断标志位flag的值是否等于1spin_unlock(&spinlock_test);//自旋锁解锁return -EBUSY;}flag = 0;//将标志位的值设置为0spin_unlock(&spinlock_test);//自旋锁解锁return 0;
}static ssize_t read_test(struct file *file,char __user *ubuf,size_t len,loff_t *off)
{int ret;char kbuf[10] = "topeet";//定义char类型字符串变量kbufprintk("\nthis is read_test \n");ret = copy_to_user(ubuf,kbuf,strlen(kbuf));//使用copy_to_user接收用户空间传递的数据if (ret != 0){printk("copy_to_user is error \n");}printk("copy_to_user is ok \n");return 0;
}
static char kbuf[10] = {0};//定义char类型字符串全局变量kbuf
static ssize_t write_test(struct file *file,const char __user *ubuf,size_t len,loff_t *off)
{int ret;ret = copy_from_user(kbuf,ubuf,len);//使用copy_from_user接收用户空间传递的数据if (ret != 0){printk("copy_from_user is error\n");}if(strcmp(kbuf,"topeet") == 0 ){//如果传递的kbuf是topeet就睡眠四秒钟ssleep(4);}else if(strcmp(kbuf,"itop") == 0){//如果传递的kbuf是itop就睡眠两秒钟ssleep(2);}printk("copy_from_user buf is %s \n",kbuf);return 0;
}
static int release_test(struct inode *inode,struct file *file)
{printk("\nthis is release_test \n");spin_lock(&spinlock_test);//自旋锁加锁flag = 1;spin_unlock(&spinlock_test);//自旋锁解锁return 0;
}struct chrdev_test {dev_t dev_num;//定义dev_t类型变量dev_num来表示设备号int major,minor;//定义int类型的主设备号major和次设备号minorstruct cdev cdev_test;//定义struct cdev 类型结构体变量cdev_test，表示要注册的字符设备struct class *class_test;//定于struct class *类型结构体变量class_test，表示要创建的类
};
struct chrdev_test dev1;//创建chrdev_test类型的
struct file_operations fops_test = {.owner = THIS_MODULE,//将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块.open = open_test,//将open字段指向open_test(...)函数.read = read_test,//将read字段指向read_test(...)函数.write = write_test,//将write字段指向write_test(...)函数.release = release_test,//将release字段指向release_test(...)函数
};static int __init atomic_init(void)
{spin_lock_init(&spinlock_test);if(alloc_chrdev_region(&dev1.dev_num,0,1,"chrdev_name") < 0 ){//自动获取设备号，设备名chrdev_nameprintk("alloc_chrdev_region is error \n");}printk("alloc_chrdev_region is ok \n");dev1.major = MAJOR(dev1.dev_num);//使用MAJOR()函数获取主设备号dev1.minor = MINOR(dev1.dev_num);//使用MINOR()函数获取次设备号printk("major is %d,minor is %d\n",dev1.major,dev1.minor);cdev_init(&dev1.cdev_test,&fops_test);//使用cdev_init()函数初始化cdev_test结构体，并链接到fops_test结构体dev1.cdev_test.owner = THIS_MODULE;//将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块cdev_add(&dev1.cdev_test,dev1.dev_num,1);//使用cdev_add()函数进行字符设备的添加dev1.class_test = class_create(THIS_MODULE,"class_test");//使用class_create进行类的创建，类名称为class_testdevice_create(dev1.class_test,0,dev1.dev_num,0,"device_test");//使用device_create进行设备的创建，设备名称为device_testreturn 0;
}static void __exit atomic_exit(void)
{device_destroy(dev1.class_test,dev1.dev_num);//删除创建的设备class_destroy(dev1.class_test);//删除创建的类cdev_del(&dev1.cdev_test);//删除添加的字符设备cdev_testunregister_chrdev_region(dev1.dev_num,1);//释放字符设备所申请的设备号printk("module exit \n");
}
module_init(atomic_init);
module_exit(atomic_exit)
MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("topeet");

 测试app：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{int fd;//定义int类型的文件描述符char str1[10] = {0};//定义读取缓冲区str1fd = open(argv[1],O_RDWR);//调用open函数，打开输入的第一个参数文件，权限为可读可写if(fd < 0 ){printf("file open failed \n");return -1;}/*如果第二个参数为topeet，条件成立，调用write函数，写入topeet*/    if (strcmp(argv[2],"topeet") == 0 ){write(fd,"topeet",10);}/*如果第二个参数为itop，条件成立，调用write函数，写入itop*/  else if (strcmp(argv[2],"itop") == 0 ){write(fd,"itop",10);}close(fd); return 0;
}

 四.互斥锁

待更新。。。。。。