Linux内核中的同步和互斥分析报告

从被唤醒的那个进程看看，如果在唤醒它的进程没执行up()之前它就得到了运行机会，这时它又重新计算count=sleepers - 1 + count=-1；从而sleepers被赋值1；这时它又必须进行调度让出运行的机会给别的进程，自己去睡眠。这正是发生在唤醒它的进程在临界区时运行的时候。如果是在唤醒它的进程执行了up()操作后它才得到了运行机会，而且在唤醒它的进程在临界区期间时没别的进程执行down()，则count的值在进程执行up()之前依然为0，这时在up()里面就不必要再执行wake_up()函数了。可以通过一个例子来说明具体的实现。设开始sem->count=sem->sleepers=0。也就是有锁但无等待队列（一个进程已经在运行中）。先后分别进行3个down()操作，和3个up()操作，如下：为了阐述方便，只保留了一些会改变sleepers和count值的步骤，并且遵循从左到右依次进行的原则。

down1:
count(0->-1),sleepers(0->1),sleepers-1+count(-1),count(-1),sleepers(1),调度
down2:
count(-1->-2),sleepers(1->2),sleepers-1+count(-1),count(-1),sleepers(1),调度
down3:
      count(-1->-2),sleepers(1->2),sleepers-1+count(-1),count(-1),sleepers(1),调度

up1:
count(-1->0),唤醒一个睡眠进程（设为1）,（进程1得到机会运行）
sleepers-1+count(0),count(0),sleepers(0),break,
唤醒另一个睡眠进程（设为2），（进程2得到机会运行）
sleepers-1+count(-1),count(-1),sleepers(1),
调度（没达到条件，又得睡觉）也可能是这样的：
up1`:
count(-1->0),唤醒一个睡眠进程（设为1）,（进程1得到机会运行）
sleepers-1+count(0),count(0),sleepers(0),break,
唤醒另一个睡眠进程（设为2），进程2在以后才得到机会运行）
up2:
count(-1->0),（因为count<=0）唤醒一个睡眠进程（设为2）,进程2得到机会运行）
sleepers-+count(0) , count(0) , sleepers(0) ,break,
唤醒另一个睡眠进程（设为3），进程3得到机会运行）
sleepers-1+count(-1),count(-1),sleepers(1),
调度（没达到条件，又得睡觉）对应上面的1`：
up2`:
count(0->1),（因为count>0,所以直接返回）进程2得到机会运行）
sleepers-1+count(0),count(0),sleepers(0),break,
唤醒另一个睡眠进程，（设为3）
up3:
count(-1->0),（因为count<=0）唤醒一个睡眠进程（设为3）,进程3得到机会运行）
sleepers-1+count(0),count(0),sleepers(0),break,
唤醒另一个睡眠进程（这时队列里没进程了）
进程3运行结束，执行up(), 使count =1 ,这时变成没锁状态 ）
对应上边的2`：
up3`:
count(0->1),（因为count>0,所以直接返回）进程3得到机会运行）
sleepers-1+count(0),count(0),sleepers(0),break,
唤醒另一个睡眠进程（这时队列里没进程了）
      进程3运行结束，执行up(), 使count =1 ,这时变成没锁状态 ）

当然，还有另一种情况，就是up()操作和down()操作是交*出现的，一般的规律就是，如果进程在临界区期间又有进程（无论是哪个进程，新来的还是刚被唤醒的那个）进入睡眠，就会令count的值从0变为-1，从而进程在从临界区出来执行up()里就必须执行一次wake_up()，以确保所有的进程都能被唤醒，因为多唤醒几个是没关系的。如果进程在临界区期间没有别的进程进入睡眠，则从临界区出来执行up()时就用不着去执行wake_up()了（当然，执行了也没什么影响，不过多余罢了）。而为什么要把wake_up()和count++分开呢，可以从上面的up1看出来，例如，进程2第一次得到机会运行时，本来这时唤醒它的进程还没执行up()的，但有可能其它进程执行了up()了，所以真有可能会发现count==1的情况，这时它就真的不用睡觉了，令count=sleepers=0，就可以接着往下执行了。还可看出一点，一般的，( count ,sleepers)的值的取值范围为(n ,0)[n>0] 和(0 ,0)和 (1 ,-1)。下边看看spin_lock机制。

Spin_lock采用的方式是让一个进程运行，另外的进程忙等待，由于在只有一个cpu的机器(UP)上微观上只有一个进程在运行。所以在UP中，spin_lock和spin_unlock就都是空的了。在SMP中，spin_lock()和spin_unlock()定义如下：

typedef struct {
volatile unsigned int lock;
} spinlock_t;
static inline void spin_lock(spinlock_t *lock)
{
__asm__ __volatile__(
"\n1:\t"
"lock ; decb %0\n\t"
"js 2f\n" //lock->lock< 0 ,jmp 2 forward
".section .text.lock,\"ax\"\n"
"2:\t"
"cmpb $0,%0\n\t" //wait lock->lock==1
"rep;nop\n\t"
"jle 2b\n\t"
"jmp 1b\n"
".previous"
:"=m" (lock->lock) : : "memory");
}
static inline void spin_unlock(spinlock_t *lock)
{
__asm__ __volatile__(
"movb $1,%0"
:"=m" (lock->lock) : : "memory"); //lock->lock=1
      }

一般是如此使用:

#define SPIN_LOCK_UNLOCKED (spinlock_t) { 1 }
spinlock_t xxx_lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;
spin_lock_(&xxx_lock)
...
critical section
...
      spin_unlock (&xxx_lock)

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