Linux内核中的并发与竞态概述

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1、前言

众所周知，Linux系统是一个多任务的操作系统，当多个任务同时访问同一片内存区域的时候，这些任务可能会相互覆盖内存中数据，从而造成内存中的数据混乱，问题严重的话，还可能会导致系统崩溃。

2、相关概念

了解一下Linux内核中并发与竞态的相关概念，如下：

并发与竞争：并发指的是多个执行单元同时、并行地执行，当并发的执行单元对共享资源（硬件资源和软件上的全局变量、静态变量等）的访问则很容易导致竞态现象。

临界区：访问共享资源的代码区叫做临界区。

SMP：对称多处理器。

3、竞态产生原因及处理

在Linux系统中，并发与竞态产生的原因非常复杂，主要有下面几个原因：

（1）对称多处理器（SMP）的多个CPU

SMP是一种紧耦合、共享存储的系统模型，特点是多个CPU使用共同的系统总线，结构如下：

在SMP的情况下，两个核（CPU0和CPU1）可能会发生如下的并发竞态现象：

（2）单CPU内进程与抢占它的进程

在2.6版本以后的Linux内核开始支持内核抢占调度，当一个进程在内核执行的时候可能耗完了时间片，也可能被另外一个更高优先级的进程打断，进程与抢占它的进程访问共享资源也可能引发竞态现象。

（3）中断（硬中断、软中断、Tasklet、底半部）与进程之间

中断可以打断正在执行的进程，当中断服务程序访问进程正在访问的资源，则竞态现象也有可能会发生，另外，中断也有可能会被更高的优先级中断打断，多个中之间并发访问共享资源也可能引起竞态现象。

SMP中核内与核间产生竞态现象：

在Linux内核中，解决竞态问题的途径是保证对共享资源的互斥访问，当一个执行单元在访问共享资源的时候，其它的执行单元被禁止访问，临界区需要被以某种互斥机制加以保护，在Linux设备驱动中可以采用的互斥途径有中断屏蔽、原子操作、自旋锁、信号量和互斥锁等。

4、小结

本文主要对Linux内核中的并发与竞态现象进行概述，并给出了与其相关的一些概念和竞态现象产生的原因和解决途径。