Разработка ядра Linux
Шрифт:
В любой момент времени блокировка может удерживаться не более чем одним потоком выполнения. Следовательно, только одному потоку позволено войти в критический участок в данный момент времени. Это позволяет организовать защиту от состояний конкуренции на многопроцессорной машине. Заметим, что на однопроцессорной машине блокировки не компилируются в исполняемый код, и, соответственно, их просто не существует. Блокировки играют роль маркеров, чтобы запрещать и разрешать вытеснение кода (преемптивность) в режиме ядра. Если преемптивность ядра отключена, то блокировки совсем не компилируются.
В отличие от реализаций в других операционных системах, спин-блокировки в операционной системе Linux не рекурсивны. Это означает, что если поток пытается захватить блокировку, которую он уже удерживает, то этот поток начнет периодическую проверку,
Спин-блокировки могут использоваться в обработчиках прерываний (семафоры не могут использоваться, поскольку они переводят процесс в состояние ожидания). Если блокировка используется в обработчике прерывания, то перед тем, как захватить эту блокировку (в другом месте — не в обработчике прерывания), необходимо запретить все локальные прерывания (запросы на прерывания на данном процессоре). В противном случае может возникнуть такая ситуация, что обработчик прерывания прерывает выполнение кода ядра, Который уже удерживает данную блокировку, и обработчик прерывания также пытается захватить эту же блокировку. Обработчик прерывания постоянно проверяет (spin), не освободилась ли блокировка. С другой стороны, код ядра, который удерживает блокировку, не будет выполняться, пока обработчик прерывания не закончит выполнение. Это пример взаимоблокировки (двойной захват), который обсуждался в предыдущей главе. Следует заметить, что прерывания необходимо запрещать только на текущем процессоре. Если прерывание возникает на другом процессоре (по отношению к коду ядра, захватившего блокировку) и обработчик будет ожидать на освобождение блокировки, то это не приведет к тому, что код ядра, который захватил блокировку, не сможет никогда ее освободить.
Ядро предоставляет интерфейс, который удобным способом позволяет запретить прерывания и захватить блокировку. Использовать его можно следующим образом.
Подпрограмма
На однопроцессорной машине показанный пример только лишь запретит прерывания, чтобы предотвратить доступ обработчика прерывания к совместно используемым данным, а механизм блокировок скомпилирован не будет. Функции захвата и освобождения блокировки также соответственно запрещают и разрешают преемптивность ядра.
Важно, чтобы каждая блокировка была четко связана с тем, что она блокирует. Еще более важно — это защищать данные, а не код. Несмотря на то что во всех примерах этой главы рассматриваются критические участки, в основе этих критических участков лежат данные, которые требуют защиты, а никак не код. Если блокировки просто блокируют участки кода, то такой код труднопонимаем и подвержен состояниям гонок. Необходимо ассоциировать данные с соответствующими блокировками. Например, структура
Если точно известно, что прерывания разрешены, то нет необходимости восстанавливать предыдущее состояние системы прерываний. Можно просто разрешить прерывания при освобождении блокировки. В этом случае оптимальным будет использование функций
Для любого участка кода очень
Параметр конфигурации ядра
Другие средства работы со спин-блокировками
Функция
Функция
48
Использование этих функций может привести к тому, что код становится "грязным". Нет необходимости часто проверять значение спин-блокировок — код или всегда должен захватывать блокировку, или вызываться только, если блокировка захвачена. Однако существуют некоторые ситуации, когда такие функции логично использовать, поэтому эти интерфейсы и предоставляются.
В табл. 9.3 приведен полный список функций работы со спин-блокировками.
Таблица 9.3. Список функций работы со спин-блокировками
| Функция | Описание |
|---|---|
spin_lock | Захватить указанную блокировку |
spin_lock_irq | Запретить прерывания на локальном процессоре и захватить указанную блокировку |
spin_lock_irqsave | Сохранить текущее состояние системы прерываний, запретить прерывания на локальном процессоре и захватить указанную блокировку |
spin_unlock | Освободить указанную блокировку |
spin_unlock_irq | Освободить указанную блокировку и разрешить прерывания на локальном процессоре |
spin_unlock_irqrestore | Освободить указанную блокировку и восстановить состояние системы прерываний на локальном процессоре в указанное первоначальное значение |
spin_lock_init | Инициализировать объект типа spinlock_t в заданной области памяти |
spin_trylock | Выполнить попытку захвата указанной блокировки и в случае неудачи возвратить ненулевое значение |
spin_is_locked | Возвратить ненулевое значение, если указанная блокировка в данный момент захвачена, и нулевое значение в противном случае |
Спин-блокировки и обработчики нижних половин
Как было указано в главе 7, "Обработка нижних половин и отложенные действия", при использовании блокировок в работе с обработчиками нижних половин необходимо принимать некоторые меры предосторожности. Функция
Обработчик нижних половин может вытеснять код, который выполняется в контексте процесса, поэтому, если данные совместно используются обработчиком нижней половины и контекстом процесса, в контексте процесса эти данные необходимо защищать путем запрещения обработки нижних половин и захвата блокировки. Аналогично, поскольку обработчик прерывания может вытеснить обработчик нижней половины, необходимо запрещать прерывания и захватывать блокировку.