前言：非常早之前就接触过同步这个概念了，可是一直都非常模糊。没有深入地学习了解过，最近有时间了，就花时间研习了一下《linux内核标准教程》和《深入linux设备驱动程序内核机制》这两本书的相关章节。趁刚看完，就把相关的内容总结一下。
线程同步可以说在日常开发中是用的很多，但对于其内部如何实现的，一般人可能知道的并不多。本篇文章将从如何实现简单的锁开始，介绍linux中的锁实现futex的优点及原理。
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实际上就是解释ucore的哲学家就餐怎么实现的，内核级别的信号量怎么实现的，之后给出自己关于用户级别的信号量的设计方案，比较两者异同。
线程同步可以说在日常开发中是用的很多， 但对于其内部如何实现的，一般人可能知道的并不多。 本篇文章将从如何实现简单的锁开始，介绍linux中的锁实现futex的优点及原理，最后分析java中同步机制如wait/notify, synchronized, ReentrantLock。
在主流的Linux内核中包含了几乎所有现代的操作系统具有的同步机制，这些同步机制包括：原子操作、信号量（sem aphore）、读写信号量（rw_sem aphore）、spinlock、BKL(Big Kernel Lock)、rwlock、brlock（只包含在2.4内核中）、RCU （只包含在2.6内核中）和seqlock（只包含在2.6内核中）
在Linux中，做什么都有相应命令。一般就在bin或者sbin目录下，数量繁多。如果你事先不知道该用哪个命令，很难通过枚举的方式找到。因此，在这样没有统一入口的情况下，就需要你对最基本的命令有所掌握。
倪继利著 2005年8月出版 ISBN 7-121-01518-5 900页 88.00元（估价）
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。 结构与初始化 Completion在内核中的实现基于等待队列（关于等待队
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，因此内核其实像多进程多线程编程一样也需要一些同步机制来同步各执行单元对共享数据的访问，尤其是在多处理器系统上，更需要一些同步机制来同步不同处理器上的执行单元对共享的数据的访问。在主流的Linux内核中包含了如下这些同步机制包括：
现如今，一个服务端应用程序几乎都会使用到多线程来提升服务性能，而目前服务端还是以linux系统为主。一个多线程的java应用，不管使用了什么样的同步机制，最终都要用JVM执行同步处理，而JVM本身也是linux上的一个进程，那么java应用的线程同步机制，可以说是对操作系统层面的同步机制的上层封装。这里我说的操作系统，主要是的非实时抢占式内核（non-PREEMPT_RT），并不讨论实时抢占式内核（PREEMPT_RT） 的问题，二者由于使用场景不同，因此同步机制也会存在差异或出现变化。
1、概念 futex： a sort of fast, user-space mutual exclusion primitive. Futex是一种用户态和内核态混合的同步机制。首先，同步的进程间通过mmap共享一段内存，futex变量就位于这段共享的内存中且操作是原子的，当进程尝试进入互斥区或者退出互斥区的时候，先去查看共享内存中的futex变量，如果没有竞争发生，则只修改futex,而不用再执行系统调用了。当通过访问futex变量告诉进程有竞争发生，则还是得执行系统调用去完成相应的处理(wait 或者 wake up)。简单的说，futex就是通过在用户态的检查，（motivation）如果了解到没有竞争就不用陷入内核了，大大提高了low-contention时候的效率。 https://lwn.net/Articles/172149/ https://lwn.net/Articles/360699/ 2、futex的由来 为什么要有futex，他解决什么问题？何时加入内核的？我们来看下 经研究发现，很多同步是无竞争的，即某个进程进入互斥区，到再从某个互斥区出来这段时间，常常是没有进程也要进这个互斥区或者请求同一同步变量的。但是在这种情况下，这个进程也要陷入内核去看看有没有人和它竞争，退出的时侯还要陷入内核去看看有没有进程等待在同一同步变量上。这些不必要的系统调用(或者说内核陷入)造成了大量的性能开销。为了解决这个问题，Futex就应运而生。 前面的概念已经说了，futex是一种用户态和内核态混合同步机制，为什么会是用户态+内核态，听起来有点复杂，由于我们应用程序很多场景下多线程都是非竞争的，也就是说多任务在同一时刻同时操作临界区的概率是比较小的，大多数情况是没有竞争的，在早期内核同步互斥操作必须要进入内核态，由内核来提供同步机制，这就导致在非竞争的情况下，互斥操作扔要通过系统调用进入内核态。 我们来看一下程序 程序1： pthread_mutex_t lock; int count = 0; void thread1() { while(1) { pthread_mutex_lock(&lock); /* do something */ count++; pthread_mutex_unlock(&lock); } } void thread2() { while(1) { sleep(60); pthread_mutex_lock(&lock); count = 0; pthread_mutex_unlock(&lock); } } pthread_create(&tid1, NULL, thread1, NULL); pthread_create(&tid2, NULL, thread1, NULL);
总体而言，Linux操作系统是一个强大、灵活且可定制的操作系统，广泛应用于服务器、嵌入式系统、超级计算机等各种领域。
本书基于linux 2．6介绍了linux内核的设计与实现，涵盖了从核心内核系统的应用到内核设计与实现等各方面内容，主要内容包括：进程管理、调度、时间管理和定时器、系统调用接口、内存寻址、内存管理、页缓存、vfs、内核同步、可移植性、调试技术等。此外，本书还讨论了linux 2．6颇具特色的内容，包括cfs调度程序、抢占式内核、块i／o层以及i／o调度程序。 本书详细描述了linux内核的主要子系统和特点，包括其设计、实现和接口，既介绍理论也讨论具体应用，填补了linux内核理论和实践细节之间的鸿沟。能够带领读者快速走进linux内核世界，真正开发内核代码。 如果你是一名linux内核爱好者，本书的内容可以帮助你大显身手。如果你是一名普通程序员，本书的内容将会拓宽你的编程思路。如果你初次接触linux内核，本书则可以帮助你对内核各个核心子系统有一个整体把握。 本版新增内容： ·增加一章专门描述内核数据结构 ·详细描述中断处理程序 ·扩充虚拟内存和内存分配的内容 ·调试linux内核的技巧 ·内核同步和锁机制的深度描述 ·提交内核补丁以及参与linux内核社区的建设性建议
本专栏，用于记录我对Linux内核源码的学习，就像STL源码的那个专栏一样，我知道阅读源码对我的意义。 愿者上钩咯，共同进步。
RCU是Linux 2.6内核系统新的锁机制 RCU(Read-Copy Update)。参考：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-rcu/
在Linux内核编程中，READ_ONCE 宏用于确保从内存中读取一个变量的值时，编译器不会对这个读取操作进行优化，从而保证了读取操作的原子性。这个宏通常在需要防止编译器优化、多线程或中断上下文中使用，以确保数据的一致性和正确性。
在ARM平台上，ARMv6之前，SWP和SWPB指令被用来支持对shared memory的访问：
本文主要是《Linux内核设计与实现》这本书的读书笔记，这本书我读了不下十遍，但依然感觉囫囵吞枣。我结合自己的理解，从这本书中整理出了一些运维应该了解的内核知识，希望对大家能够有所帮助。另外，推荐大家读下这边书，这本书主要讲内核设计、实现原理和方法，有利于理解内核的一些机理。
性能为王，系统的性能提升是每一个工程师的追求。目前，性能优化主要集中在消除系统软件堆栈中的低效率上或绕过高开销的系统操作。例如，内核旁路通过在用户空间中移动多个操作来实现这个目标，还有就是为某些类别的应用程序重构底层操作系统.
每一种技术的出现必然是因为某种需求。正因为人的本性是贪婪的，所以科技的创新才能日新月异。
众所周知，硬实时的概念，其核心并非追求速度的极致，而是确保系统能在预定的、可重复的时间范围内给予确定的响应。这意味着，实时系统的正确性不仅在于计算逻辑的正确，更在于结果的产生时间是否符合预期。以汽车为例，当发生碰撞时，安全气囊必须在极短的时间内弹开，否则可能无法起到应有的保护作用。
大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。 引子 在编译2.6内核的时候，你会在编译选项中看到[*] Enable futex support这一项，上网查，有的资料会告诉你”不选这个内核不一定能正确的运行使用glibc的程序”，那futex是什么？和glibc又有什么关系呢？ 1. 什么是Futex Futex 是Fast Userspace muTexes的缩写，由Hubertus Franke, Matthew Kirkwood, Ingo Molnar and Rusty Russell共同设计完成。几位都是linux领域的专家，其中可能Ingo Molnar大家更熟悉一些，毕竟是O(1)调度器和CFS的实现者。 Futex按英文翻译过来就是快速用户空间互斥体。其设计思想其实 不难理解，在传统的Unix系统中，System V IPC(inter process communication)，如 semaphores, msgqueues, sockets还有文件锁机制(flock())等进程间同步机制都是对一个内核对象操作来完成的，这个内核对象对要同步的进程都是可见的，其提供了共享 的状态信息和原子操作。当进程间要同步的时候必须要通过系统调用(如semop())在内核中完成。可是经研究发现，很多同步是无竞争的，即某个进程进入 互斥区，到再从某个互斥区出来这段时间，常常是没有进程也要进这个互斥区或者请求同一同步变量的。但是在这种情况下，这个进程也要陷入内核去看看有没有人 和它竞争，退出的时侯还要陷入内核去看看有没有进程等待在同一同步变量上。这些不必要的系统调用(或者说内核陷入)造成了大量的性能开销。为了解决这个问 题，Futex就应运而生，Futex是一种用户态和内核态混合的同步机制。首先，同步的进程间通过mmap共享一段内存，futex变量就位于这段共享 的内存中且操作是原子的，当进程尝试进入互斥区或者退出互斥区的时候，先去查看共享内存中的futex变量，如果没有竞争发生，则只修改futex,而不 用再执行系统调用了。当通过访问futex变量告诉进程有竞争发生，则还是得执行系统调用去完成相应的处理(wait 或者 wake up)。简单的说，futex就是通过在用户态的检查，（motivation）如果了解到没有竞争就不用陷入内核了，大大提高了low-contention时候的效率。 Linux从2.5.7开始支持Futex。 2. Futex系统调用 Futex是一种用户态和内核态混合机制，所以需要两个部分合作完成，linux上提供了sys_futex系统调用，对进程竞争情况下的同步处理提供支持。 其原型和系统调用号为 #include <linux/futex.h> #include <sys/time.h> int futex (int *uaddr, int op, int val, const struct timespec *timeout,int *uaddr2, int val3); #define __NR_futex 240 虽然参数有点长，其实常用的就是前面三个，后面的timeout大家都能理解，其他的也常被ignore。 uaddr就是用户态下共享内存的地址，里面存放的是一个对齐的整型计数器。 op存放着操作类型。定义的有5中，这里我简单的介绍一下两种，剩下的感兴趣的自己去man futex FUTEX_WAIT: 原子性的检查uaddr中计数器的值是否为val,如果是则让进程休眠，直到FUTEX_WAKE或者超时(time-out)。也就是把进程挂到uaddr相对应的等待队列上去。 FUTEX_WAKE: 最多唤醒val个等待在uaddr上进程。 可见FUTEX_WAIT和FUTEX_WAKE只是用来挂起或者唤醒进程，当然这部分工作也只能在内核态下完成。有些人尝试着直接使用futex系统调 用来实现进程同步，并寄希望获得futex的性能优势，这是有问题的。应该区分futex同步机制和futex系统调用。futex同步机制还包括用户态 下的操作，我们将在下节提到。 3. Futex同步机制 所有的futex同步操作都应该从用户空间开始，首先创建一个futex同步变量，也就是位于共享内存的一个整型计数器。 当 进程尝试持有锁或者要进入互斥区的时候，对futex执行”down”操作，即原子性的给futex同步变量减1。如果同步变量变为0，则没有竞争发生， 进程照常执行。如果同步变量是个负数，则意味着有竞争发生，需要调用futex系统调用的futex_wait操作休眠当前进程。 当进程释放锁或 者要离开互斥区的时候，对futex进行”up”操作，
本文简介本文介绍Linux RCU的基本概念。这不是一篇单独的文章，这是《谢宝友：深入理解Linux RCU》系列的第3篇，前序文章：谢宝友： 深入理解Linux RCU之一——从硬件说起= 谢宝友：
引子 在编译2.6内核的时候，你会在编译选项中看到[*] Enable futex support这一项，上网查，有的资料会告诉你"不选这个内核不一定能正确的运行使用glibc的程序"，那futex是什么？和glibc又有什么关系呢？ 1. 什么是Futex Futex 是Fast Userspace muTexes的缩写，由Hubertus Franke, Matthew Kirkwood, Ingo Molnar and Rusty Russell共同设计完成。几位都是linux领域的专家，其中可能Ingo Molnar大家更熟悉一些，毕竟是O(1)调度器和CFS的实现者。 Futex按英文翻译过来就是快速用户空间互斥体。其设计思想其实 不难理解，在传统的Unix系统中，System V IPC(inter process communication)，如 semaphores, msgqueues, sockets还有文件锁机制(flock())等进程间同步机制都是对一个内核对象操作来完成的，这个内核对象对要同步的进程都是可见的，其提供了共享 的状态信息和原子操作。当进程间要同步的时候必须要通过系统调用(如semop())在内核中完成。可是经研究发现，很多同步是无竞争的，即某个进程进入 互斥区，到再从某个互斥区出来这段时间，常常是没有进程也要进这个互斥区或者请求同一同步变量的。但是在这种情况下，这个进程也要陷入内核去看看有没有人 和它竞争，退出的时侯还要陷入内核去看看有没有进程等待在同一同步变量上。这些不必要的系统调用(或者说内核陷入)造成了大量的性能开销。为了解决这个问 题，Futex就应运而生，Futex是一种用户态和内核态混合的同步机制。首先，同步的进程间通过mmap共享一段内存，futex变量就位于这段共享 的内存中且操作是原子的，当进程尝试进入互斥区或者退出互斥区的时候，先去查看共享内存中的futex变量，如果没有竞争发生，则只修改futex,而不 用再执行系统调用了。当通过访问futex变量告诉进程有竞争发生，则还是得执行系统调用去完成相应的处理(wait 或者 wake up)。简单的说，futex就是通过在用户态的检查，（motivation）如果了解到没有竞争就不用陷入内核了，大大提高了low-contention时候的效率。 Linux从2.5.7开始支持Futex。 2. Futex系统调用 Futex是一种用户态和内核态混合机制，所以需要两个部分合作完成，linux上提供了sys_futex系统调用，对进程竞争情况下的同步处理提供支持。 其原型和系统调用号为 #include <linux/futex.h> #include <sys/time.h> int futex (int *uaddr, int op, int val, const struct timespec *timeout,int *uaddr2, int val3); #define __NR_futex 240 虽然参数有点长，其实常用的就是前面三个，后面的timeout大家都能理解，其他的也常被ignore。 uaddr就是用户态下共享内存的地址，里面存放的是一个对齐的整型计数器。 op存放着操作类型。定义的有5中，这里我简单的介绍一下两种，剩下的感兴趣的自己去man futex FUTEX_WAIT: 原子性的检查uaddr中计数器的值是否为val,如果是则让进程休眠，直到FUTEX_WAKE或者超时(time-out)。也就是把进程挂到uaddr相对应的等待队列上去。 FUTEX_WAKE: 最多唤醒val个等待在uaddr上进程。 可见FUTEX_WAIT和FUTEX_WAKE只是用来挂起或者唤醒进程，当然这部分工作也只能在内核态下完成。有些人尝试着直接使用futex系统调 用来实现进程同步，并寄希望获得futex的性能优势，这是有问题的。应该区分futex同步机制和futex系统调用。futex同步机制还包括用户态 下的操作，我们将在下节提到。 3. Futex同步机制 所有的futex同步操作都应该从用户空间开始，首先创建一个futex同步变量，也就是位于共享内存的一个整型计数器。 当 进程尝试持有锁或者要进入互斥区的时候，对futex执行"down"操作，即原子性的给futex同步变量减1。如果同步变量变为0，则没有竞争发生， 进程照常执行。如果同步变量是个负数，则意味着有竞争发生，需要调用futex系统调用的futex_wait操作休眠当前进程。 当进程释放锁或 者要离开互斥区的时候，对futex进行"up"操作，即原子性的给futex同步变量加1。如果同步变量由0变成1，则没有竞争发生，进程照常执
引子 在编译2.6内核的时候，你会在编译选项中看到[*] Enable futex support这一项，上网查，有的资料会告诉你”不选这个内核不一定能正确的运行使用glibc的程序”，那futex是什么？和glibc又有什么关系呢？
在有了强大的spin lock之后，为何还会有rw spin lock呢？无他，仅仅是为了增加内核的并发，从而增加性能而已。spin lock严格的限制只有一个thread可以进入临界区，但是实际中，有些对共享资源的访问可以严格区分读和写的，这时候，其实多个读的thread进入临界区是OK的，使用spin lock则限制一个读thread进入，从而导致性能的下降。
RCU , 英文全称是 " Read-Copy-Update “ , 对应的中文名称是 ” 读取-拷贝-更新 “ , 这是 Linux 内核中的 ” 同步机制 " ;
在Linux系统中，进程间的同步和通信是一个复杂而关键的话题。为了维护系统资源的正确访问和分配，Linux提供了多种同步机制，其中锁机制是其中之一。然而，当多个进程试图同时访问同一资源时，可能会出现死锁或竞争条件。为了有效地诊断和解决这些问题，Linux提供了lslocks命令，该命令可以显示系统上的活动锁信息，帮助系统管理员和开发者深入了解系统资源的使用情况。
Futex 是Fast Userspace muTexes的缩写，由Hubertus Franke, Matthew Kirkwood, Ingo Molnar and Rusty Russell共同设计完成。
Bionic库是Android的基础库之一，也是连接Android系统和Linux系统内核的桥梁，Bionic中包含了很多基本的功能模块，这些功能模块基本上都是源于Linux，但是就像青出于蓝而胜于蓝，它和Linux还是有一些不一样的的地方。同时，为了更好的服务Android，Bionic中也增加了一些新的模块，由于本次的主题是Androdi的跨进程通信，所以了解Bionic对我们更好的学习Android的跨进行通信还是很有帮助的。
在上一篇文章中的并发和ABA问题的介绍中，我们提到了要解决ABA中的memory reclamation问题，有一个办法就是使用RCU。
《手摸手系列》把go sync包中的并发组件已经写完了，本文作为完结篇，最后再来探讨下go运行时锁的实现。记得在《手摸手Go 并发编程的基建Semaphore》那篇中我们聊过sync.Mutex最终是依赖sema.go中实现的sleep和wakeup原语来实现的。如果细心的小伙伴会发现:
许庆伟：龙蜥社区eBPF技术探索SIG组 Maintainer & Linux Kernel Security Researcher
我们可以把内核想象成一个服务器，专门响应各种请求。这些请求可以是CPU上正在运行的进程发起的请求，也可以是外部的设备发起的中断请求。所以说，内核并不是串行运行，而是交错执行。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。
Android用户几乎每时每刻都在和显示交互；因此，良好的显示性能对于用户体验至关重要。然而，实现平滑如丝的性能并不总是那么容易。需要整个系统协同工作，并且内核并不总是像人们所希望的那样支持这种协作。Android小组目前正在考虑现有内核功能的多种组合以及可能的改进，以提供最佳的显示体验。
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。
Linux 的同步机制不断发展完善。从最初的原子操作,到后来的信号量,从大内核锁到今天的自旋锁。这些同步机制的发展伴随Linux从单处理器到对称多处理器的过渡;
嵌入式岗位，是介于硬件工程师和软件工程师之前的一个岗位。他的工作内容需要他既懂代码编写，也会硬件板子。
共享内存是进程间通信最有用的方式，也是最快的IPC形式。共享内存是说：同一块内存被映射到多个进程的地址空间。但是共享内存并不提供同步机制，因此需要互斥锁或者信号量。使用共享内存唯一需要注意的是：当前如果有进程正在向共享内存写数据，则在写入完成以前，别的进程不应当去读、写共享内存。
共享内存是System V版本的最后一个进程间通信方式。共享内存，顾名思义就是允许两个不相关的进程访问同一个逻辑内存，共享内存是两个正在运行的进程之间共享和传递数据的一种非常有效的方式。不同进程之间共享的内存通常为同一段物理内存。进程可以将同一段物理内存连接到他们自己的地址空间中，所有的进程都可以访问共享内存中的地址。如果某个进程向共享内存写入数据，所做的改动将立即影响到可以访问同一段共享内存的任何其他进程。
要深入理解Linux内核中的同步与互斥的实现，需要先了解一下内联汇编：在C函数中使用汇编代码。
在上一部分，我们讨论了最基本常见的几类同步机制，这一部分我们将讨论相对复杂的几种同步机制，尤其是读写信号量和RCU，在操作系统内核中有相当广泛的应用。
本文讲述了Linux中RCU（Read-Copy-Update）机制在内存管理中的重要作用，以及如何在Linux内核中实现和管理RCU。在Linux内核中，RCU用于在多个进程共享相同内存空间时，保证这些进程之间的数据一致性。本文首先介绍了RCU的基本原理，然后逐步深入介绍了Linux内核中RCU的实现细节。最后，通过一个具体的例子，展示了如何在Linux内核中实现一个简单的RCU。
这两天看进程的同步与通信，看了几本书上的介绍，也从网上搜了很多资料，越看越迷惑，被这几个问题搞得很纠结。
进程（Process）是计算机进行系统分配和调度的基本单位，为使程序能并发执行，且为了对并发执行的程序加以描述和控制，人们引入了“进程”的概念。而实现进程并发和调度的关键是进程控制块-PCB（Process Control Block），那PCB是什么呢，而其工作原理是什么样的呢？
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