线程同步 一、条件变量 1. 同步概念 同步问题是保证数据安全的情况下，让线程访问资源具有一定的顺序性，从而有效避免饥饿问题，叫做同步。 2....条件变量概念 所以怎么才能让线程按照一定的顺序去访问资源呢？也就是同步的解决方案是什么呢？这个解决方案在 Linux 中称为条件变量。 什么叫做条件变量呢？...它们的作用相同，都是用于同步操作，达到无冲突的访问共享资源目的。 但 POSIX 可以用于线程间同步。 我们一句话总结以前学的信号量，信号量是一个保证 PV 操作的原子性的一把计数器。...例如使用第二种方法判空还是满： （2）原理 但是我们现在有信号量这个计数器，就很简单的进行多线程间的同步过程，就不需要进行判空还是判满了。...这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络 sockets 等的数量。
既然是交错执行，就会产生竞态条件，我们可以采用同步技术消除这种竞态条件。 我们首先了解一下如何向内核请求服务。然后，看一下这些请求如何实现同步。Linux内核又是采用了哪些同步技术。...基于这个原因，Linux2.6内核允许用户在编译内核代码的时候，通过配置，可以使能和禁止内核抢占。 4 什么时候需要同步技术？ 我们先了解一下内核进程的竞态条件和临界区的概念。...内核控制路径的交错执行给内核开发者带来很大的麻烦：必须小心地在异常处理程序、中断处理程序、可延时处理函数和内核线程中确定临界区。...通过这些问题，我们掌握内核同步技术，为自己的内核程序设计最好的同步方法。 5 都有哪些同步技术？ 表5-2，列举了Linux内核使用的一些同步技术。...表5-2 Linux内核使用的一些同步技术 技术 描述 范围 Per-CPU变量 用于在CPU之间拷贝数据 所有CPU 原子操作 针对计数器的原子RMW指令 所有CPU 内存屏障 避免指令乱序 本地CPU
关于同步理论的一些基本概念 临界区（critical area）: 访问或操作共享数据的代码段 简单理解：synchronized大括号中部分（原子性） 竞争条件（race conditions）两个线程同时拥有临界区的执行权...数据不一致：（data unconsistency） 由竞争条件引起的数据破坏 同步（synchronization）避免race conditions 锁：完成同步的手段（门锁，门后是临界区，只允许一个线程存在...） 上锁解锁必须具备原子性 原子性（象原子一样不可分割的操作） 有序性（禁止指令重排） 可见性（一个线程内的修改，另一个线程可见） 内核同步常用方法 原子操作 – 内核中类似于AtomicXXX，位于... 自旋锁 – 内核中通过汇编支持的cas，位于 读-写自旋 – 类似于ReadWriteLock，可同时读，只能一个写 读的时候是共享锁，...（早期，现在已经不用） 顺序锁（linux 2.6内核新增）： – 线程可以挂起的读写自旋锁 序列计数器（从0开始，写时增加(+1)，写完释放(+1)，读前发现单数，说明有写线程，等待，读前读后序列一样
要想一个系统不崩溃，性能还得好，同步技术是非常关键的。但是，完全避免竞态条件几乎是难于上青天。因为它要求对内核各个功能模块之间的交互得有一个清晰深刻的理解。...下面我们看一下Linux内核中一些具体保护数据访问的示例，加深对其理解，甚至可以在自己的内核设计上借鉴一下。...2 大内核锁 关于这部分请参阅网友universus写的这篇文章-大内核锁将何去何从。我觉得写得还是非常详细的。...这是用户态多线程共享内存的硬件基础。 假设内核需要为某个进程创建或扩展一段内存区域。为此，调用do_mmap()函数，分配一个新的类型为vm_area_struct虚拟内存给进程。...4 Slab Cache列表信号量 slab是一种Linux内核内存分配算法，slab分配算法采用cache存储内核对象。这些对象的描述符使用一个列表进行管理。
Linux 内核中的同步机制：原子操作、信号量、读写信号量、自旋锁的API、大内核锁、读写锁、大读者锁、RCU和顺序锁。...1、介绍 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，即使单CPU内核也需要一些同步机制来同步不同执行单元对共享的数据的访问。...主流的Linux内核中的同步机制包括： 原子操作 信号量（semaphore） 读写信号量（rw_semaphore） 自旋锁spinlock 大内核锁BKL(Big Kernel Lock) 读写锁rwlock...6、大内核锁 大内核锁(BKL)的设计是在kernel hacker们对多处理器的同步还没有十足把握时，引入的大粒度锁。...大内核锁一般是在文件系统，驱动等中用的比较多。目前kernel hacker们仍然在努力将大内核锁从linux里铲除。 大内核锁有两种实现：分别是自旋锁和mutex锁。
）完成，内核线程是独立运行在内核空间的标准进程。...内核线程和普通的进程间的区别在于内核线程没有独立的地址空间，mm指针被设置为NULL；它只在内核空间运行，从来不切换到用户空间去；并且和普通进程一样，可以被调度，也可以被抢占。...实际上，内核线程只能由其他内核线程创建，linux驱动模块中可以用kernel_thread()，kthread_create()/kthread_run()两种方式创建内核线程，另外还可以用第三方库（...>书中说，内核线程是内核态的标准进程。...这个函数的英文注释里很明确的说明： 创建并启动一个内核线程。
今天，我们了解一下内核同步的最后一种方法，关闭中断。这是一种简单粗暴的方式，但行之有效。 1 禁止中断 作为嵌入式软件开发人员，对于禁止中断肯定不陌生。...同样，Linux也不会放弃禁止中断这么好的同步机制。它保证内核控制路径可以继续执行，其访问的数据结构不会被中断处理程序破坏。...当内核代码进入临界代码段时，通过清除eflags寄存器中的IF标志实现禁止中断，从而保护临界代码段。但是，当内核离开临界代码段的时候，内核是否该恢复之前的IF标志呢？还是不做任何处理？...回忆do_softirq()函数，如果软中断计数器（存储在当前线程thread_info描述符的preempt_count成员中）是正数，它就不会处理软中断。...为了确保及时执行长时间等待的线程，local_bh_enable()对软中断计数器执行减1操作之后，还有执行两个重要的操作： 检查preempt_count中的硬中断计数器和软中断计数器。
1 内核数据的同步访问 前面，我们学习了这么多内核同步技术。那我们该怎么选择呢？选择不同的内核同步技术，可能对系统的性能影响很大。根据经验，基本可以遵守这么一条准则：尽可能高地保证系统的并发性。...那是因为，Linux内核提供的操作函数API已经封装了内存屏障原语。所以，大部分时候我们不需要关心它。...软中断是内核在编译阶段就预先定义好的，这是一个数组，数组元素个数正好是内核支持的软中断数量（Linux目前是32个，但实际只用了6个），而恰恰，内核为每个CPU都维护着一个表示软中断挂起标志位的32位变量...工作队列 其实工作队列与tasklet的行为极其类似，只是软中断和tasklet都是在中断上下文中调用的，也就是不允许阻塞；而工作队列是运行在进程上下文中，也就是说，这是为内核线程处理延时任务提供的一种机制...为了方便处理多核系统中这种局部中断禁止和自旋锁结合在一起使用的情况，Linux提供了一些宏，如下表所示。单核系统中，这些宏只能禁止中断或者禁止内核抢占。
即通过 线程同步 解决 饥饿问题 ---- 原生线程库 中提供了 条件变量 这种方式来实现 线程同步 逻辑链：通过条件变量 -> 实现线程同步 -> 解决饥饿问题 条件变量：当一个线程互斥的访问某个变量时...*cond); 参数和返回值含义与前者一致，broadcast 就是广播的意思，也就是挨个通知该 条件变量 中的所有线程访问 临界资源 6.3、简单同步 Demo 接下来简单使用一下 线程同步 相关接口...Linux多线程【线程互斥与同步】的全部内容了，在本文中，我们首先认识到了多线程并发访问而导致的数据不一致问题，并通过多线程抢票这一个实例验证了现象；然后着重学习了互斥锁相关知识，包括互斥锁的概念、操作...至于互斥锁+条件变量的实战：生产者消费者模型将会在下一篇文章中完成 ---- 相关文章推荐 Linux多线程 =====:> 【初始多线程】、【线程控制】 Linux进程信号...】、【vim】、Linux 权限理解和学习、听说Linux基础指令很多？
Linux线程互斥 临界资源：多线程执行流共享的资源就叫做临界资源 临界区：每个线程内部，访问临界资源的代码，就叫做临界区 互斥：任何时刻，互斥保证有且只有一个执行流进入临界区，访问临界资源，通常对临界资源起保护作用...为此，Linux给我们提供了互斥锁，首先我们先来认识一下这些接口： 初始化互斥量的两种方式 如果定义的锁是静态或者全局的： 使用 pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER...其实上面这个故事就是今天的主线，线程同步，为什么这么说呢？我们把人比作线程，在警察来之前，线程一直在占用这个锁，导致其他线程没办法拿到锁，一直处于等待状态，就会产生线程饥饿问题。...而上述的过程基本上做到了让不同线程在保证电话亭安全的前提下，让所有的线程访问临界资源具有了一定的顺序性。这个工作我们称为 线程同步。...同步：在保证 数据安全 的前提下，让线程能够按照某种特定的顺序访问 临界资源，从而有效避免 饥饿问题，叫做 同步。 ✈️条件变量 实现线程同步，我们常用做法是使用条件变量。
Linux互斥与同步 零、前言 一、Linux线程互斥 1、基本概念及引入 2、互斥量mutex介绍 3、互斥量的使用 4、互斥量原理 二、可重入/线程安全 1、基本概念 2、线程安全 3、重入函数 4...、联系与区别 三、常见锁概念 四、Linux线程同步 1、基本概念 2、条件变量的使用 3、条件变量等待 4、条件变量使用规范 五、POSIX信号量 1、信号量概念及介绍 2、信号量的使用 零、前言...本章主要讲解学习Linux中对多线程的执行中的同步与互斥 一、Linux线程互斥 1、基本概念及引入 互斥相关概念： 临界资源：多线程执行流共享的资源就叫做临界资源 临界区：每个线程内部，...如果线程不在临界区中执行，那么该线程不能阻止其他线程进入临界区 注：要做到这三点，本质上就是需要一把锁，Linux上提供的这把锁叫互斥量 示图： 3、互斥量的使用 初始化互斥量： 静态分配...线程同步 1、基本概念 同步概念与竞态条件： 同步：在保证数据安全的前提下，让线程能够按照某种特定的顺序访问临界资源，从而有效避免饥饿问题，叫做同步 竞态条件：因为时序问题，而导致程序异常，
Linux内核同步机制之completion 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。...内核也是这样做的。...linux/kernel.h> #include #include #include MODULE_LICENSE
在面试中关于多线程同步，你必须要思考的问题 一文中，我们知道glibc的pthread_cond_timedwait底层是用linux futex机制实现的。...理想的同步机制应该是没有锁冲突时在用户态利用原子指令就解决问题，而需要挂起等待时再使用内核提供的系统调用进行睡眠与唤醒。...为了解决上述问题，linux内核引入了futex机制，futex主要包括等待和唤醒两个方法：futex_wait和futex_wake，其定义如下 //uaddr指向一个地址，val代表这个地址期待的值...否则将当期线程插入到一个队列中去，并挂起。 在关于同步的一点思考-上文章中对futex的背景与基本原理有介绍，对futex不熟悉的人可以先看下。...End Java中的ReentrantLock,Object.wait和Thread.sleep等等底层都是用futex进行线程同步，理解futex的实现能帮助你更好的理解与使用这些上层的同步机制。
(1)什么是内核同步 所谓的内核同步就是对共享资源进行保护，防止并发访问。...简言之，几乎访问所有的内核全局变量和共享数据都需要某种形式的同步方法。 (6)死锁 死锁的产生需要一定的条件： 需要一个或多个执行线程和一个或多个资源，每个线程都在等待某个已经被占用的资源。...下面将介绍linux为解决竞争问题而提供的同步方法 (1)原子整数操作 原子操作可以保证指令以原子的方式运行--执行过程不能被打断。...这种情况就需要更复杂的同步方法--锁来提供保护。 linux内核中最常见的锁是自旋锁(spin lock)。 自旋锁最多只能被一个可执行线程持有，等待锁的进程采用忙循环等待(只针对smp)。...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活动等等。 可以利用信号量对两个任务进行同步。
虽然讲解完了内核线程的创建过程，但是似乎又少点什么，那么下面我们来看两个细节：内核线程执行处理函数和内核线程上下文切换细节： 7.内核线程执行处理函数细节 内核线程执行到处理函数要从fork说起： 7.1...->mm->pgd对于表项中（有兴趣可以查看fork的copy_mm相关代码，对于arm64这样的架构没有做内核页表同步）。...用例1：linux系统中，当内存不足时，会唤醒kswapd内核线程来进行异步内存回收，下面我们来看他的创建过程： mm/vmscan.c kswapd_init ->for_each_node_state...(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid) //使用kthread_run结构创建并唤醒创建的内核线程 执行kswapd函数 用例2：Linux软中断是下半部的一种机制，一般对效率要求较高的场景会使用到...内核模块代码：kthread_demo.c #include #include #include #include
线程通常被定义为一个进程中代码的不同执行路线。从实现方式上划分，线程有两种类型：“用户级线程”和“内核级线程”。...用户线程指不需要内核支持而在用户程序中实现的线程，其不依赖于操作系统核心，应用进程利用线程库提供创建、同步、调度和管理线程的函数来控制用户线程。...这种线程甚至在象 DOS 这样的操作系统中也可实现，但线程的调度需要用户程序完成，这有些类似 Windows 3.x 的协作式多任务。另外一种则需要内核的参与，由内核完成线程的调度。...而内核线程则没有各个限制，有利于发挥多处理器的并发优势，但却占用了更多的系统开支。...Windows NT和OS/2支持内核线程。Linux 支持内核级的多线程。
1.开场白 环境： 处理器架构：arm64 内核源码：linux-5.11 ubuntu版本：20.04.1 代码阅读工具：vim+ctags+cscope 在linux系统中， 我们接触最多的莫过于用户空间的任务...，像用户线程或用户进程，因为他们太活跃了，也太耀眼了以至于我们感受不到内核线程的存在，但是内核线程却在背后默默地付出着，如内存回收，脏页回写，处理大量的软中断等，如果没有内核线程那么linux世界是那么的可怕...2.kthreadd的诞生 盘古开天辟地，我们知道linux所有任务的祖先是0号进程，然后0号进程创建了天字第一号的1号init进程，init进程是所有用户任务的祖先，而内核线程同样也有自己的祖先那就是...：停止一个内核线程 kthread_should_stop：判断一个内核线程是否应该停止2.涉及到的kthreadd内核线程，新创建的内核线程，发起创建内核线程请求的任务，他们直接通过完成量进行同步 3...上面已经讲解完了，内核线程是如何被创建的，又是如何执行处理函数的，涉及到多个任务直接同步问题，看代码的时候需要多个窗口配合之看才行。
由 Linux 内核 启动的线程 , 被称为 " 内核线程 " ; " 内核线程 " 是一种 特殊进程 , 独立运行在 " 内核空间 " , 其将 " 内核函数 " 委托给 独立进程 , 该 " 独立进程..." 与 其它进程 ( 包括 普通进程 , 内核自身 , 用户级线程 ) 并行执行 ; " 内核线程 " 也称为 " 守护进程 " ; 二、内核线程、普通进程、用户线程 ---- 在 【Linux 内核...】进程管理 ( 进程特殊形式 | 内核线程 | 用户线程 | C 标准库与 Linux 内核中进程相关概念 | Linux 查看进程命令及输出字段解析 ) 一、进程特殊形式 ( 内核线程 | 用户线程...-5.6.18\include\linux\sched.h 四、内核线程主要用途 ---- 内核线程主要用途 : 内存同步 : 周期性执行如下同步操作 , 同步 " 修改的内存页 " 与 " 页来源块设备..." , 如 : mmap 文件映射 ; 写交换区 : 假如同步 " 修改的内存页 " 与 " 页来源块设备 " 时 , 内存页使用率很低 , 则 将同步内容写入 " 交换区 " ; 延时管理 : 管理
所有需要进行后续的访问控制：同步与互斥！ 先来一些概念： 1.临界资源：凡是被线程共享访问的资源都是临界资源。比如说打印数据到显示器，显示器就是一个临界资源。...方法同步和互斥。 4.互斥：在任意时刻，只允许一个执行流访问某段代码（访问某部分资源），称之为互斥。...6.同步：一般而言，让访问临界资源的过程在安全的前提下（这个前提一般是互斥和原子性），让访问资源的执行流具有一定的顺序性！...互斥量mutex 多线程并发操作带来的问题 大部分情况，线程使用的数据都是局部变量，变量的地址空间在线程栈空间内，这种情况，变量归属单个线程，其他线程无法获得这种变量，但有时候，很多变量都需要在线程间共享...站在其它线程的视角来看，对它们有意义的状态，要么就是线程A没有申请锁，要么线程A申请锁后已经使用完了，那么其它线程就可以去竞争锁了！这就保证了线程访问临界区的原子性！
多线程无需跨越进程边界，适合大量数据的传送。 3、什么时候用进程，什么时候用线程 创建和销毁较频繁使用线程，因为创建进程花销大。 需要大量数据传送使用线程，因为多线程切换速度快，不需要跨越进程边界。...安全稳定选进程；快速频繁选线程； 二、线程间通信/同步 上一篇文章我们讲了进程间通信的六种方式：管道和 FIFO、信号、消息队列、信号量、共享内存、套接字（Socket），今天我们讲一下线程间通信/同步的方式...线程同步的方法：互斥锁、条件变量、自旋锁、读写锁，除此之外，还有信号量、屏障等等，在 Linux 应用开发当中，用的最多的还是互斥锁和条件变量。 为什么需要线程同步？...线程同步是在多线程环境下可能需要注意的一个问题。...使用场景的区别：自旋锁在用户态应用程序中使用的比较少，通常在内核代码中使用比较多；因为自旋锁可以在中断服务函数中使用，而互斥锁则不行，在执行中断服务函数时要求不能休眠、不能被抢占（内核中使用自旋锁会自动禁止抢占
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