内核开发-临界区判断

目录

内核开发-临界区判断

1.定义

2.临界区实现机制

3.使用互斥锁实现临界区的示例

4.怎么识别是临界区代码

5.总结

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1.定义

临界区是计算机系统中的一段代码，在任何时刻只能被一个线程执行。临界区的目的是防止多个线程同时访问共享资源，从而避免数据损坏或其他问题。

定义临界区的两个条件：

• 互斥：在任何时刻，只能有一个线程执行临界区中的代码。
• 有限等待：一个线程不能无限期地等待进入临界区。如果临界区被其他线程占用，等待的线程必须在有限的时间内获得访问权。

临界区代码指的是一段代码路径，代码或者系统中必须同时满足以下两个条件才能称得上是临界区代码

• 条件一：代码路径可能是并发的，也就是说，存在它可以并行运行的可能性。并且
• 条件二：它处理（读取和/或写入）可写的共享数据（也称为共享状态）。

只有能识别出哪些地方是临界区代码，才能思考去加锁，从而避免并发导致问题，教科书通常只教会我们如何去实现临界区，而忽略了教会我们则怎么去识别临界区代码，
事后，我们发现很多时候是没有识别到临界区而导致问题。

2.临界区实现机制

临界区可以通过各种机制来实现，包括：

• 互斥锁：互斥锁是一种数据结构，它允许一个线程一次获取对临界区的独占访问权。其他线程在等待互斥锁释放时被阻塞。
• 信号量：信号量是一种数据结构，它允许线程跟踪可用资源的数量。当一个线程进入临界区时，它会减少信号量的计数。当一个线程离开临界区时，它会增加信号量的计数。其他线程在信号量的计数为零时被阻塞。
• 硬件锁：硬件锁是一种特殊的硬件机制，它允许一个线程一次获取对临界区的独占访问权。其他线程在等待硬件锁释放时被阻塞。

3.使用互斥锁实现临界区的示例

// 定义互斥锁
std::mutex m;

// 定义临界区
void critical_section() {
  // 获取互斥锁
  m.lock();

  // 执行临界区代码

  // 释放互斥锁
  m.unlock();
}

在这个示例中，critical_section 函数是一个临界区。当一个线程调用这个函数时，它会获取互斥锁，然后执行临界区代码。其他线程在等待互斥锁释放时被阻塞。

4.怎么识别是临界区代码

如何识别代码可能存在并发访问问题，那就是依据定义条件一，条件二来分析。这里我们通过分析三个小demo 代码来判断是否存在临界区代码，来加深理解。分析如下(1) (2) (3)代码段中，代码行 t1-t2 之间是否是临界区代码。

（1）代码段

（2）代码段

（3）代码段

对比两个条件，（1）代码段没有共享的数据读写，所以没有临界区代码，（2）存在并发访问，并且有共享数据读写，所以存在临界区代码 （3）代码段虽然存在共享的读写数据，但是由于内核加载和卸载不存在并发访问情况（内核模块的启动和清理 "方法"（函数）只能执行一次），所以不存在临界区代码。

5.总结

临界区的目的是防止多个线程同时访问共享数据，从而避免数据损坏或其他问题。例如，如果两个线程同时尝试更新同一个变量，可能会导致不可预测的结果。

为了解决这个问题，必须使用某种同步机制来确保在任何时刻只有一个线程可以执行临界区代码。这可以通过互斥锁、信号量或其他机制来实现。

通过本文三个例子的分析，我们应该很容易识别哪些代码是临界区代码。