1.spinlock(linux kernel 自旋锁)
2.Linux 内核 rcu(顺序) 锁实现原理与源码解析
3.Linux读写锁逻辑解析
4.Linux 内核:RCU机制与使用
5.深入探秘高性能并发:C++如何在Linux巧妙应用Futex实现线程锁同步(ob_latch.cpp篇)大篇幅(3万字)
6.linux内核 文件锁
spinlock(linux kernel 自旋锁)
在Linux内核的锁x锁实现世界里,自旋锁spinlock犹如守护者,源码守护着数据的锁x锁实现临界区,确保并发访问的源码有序性。它不依赖于睡眠,锁x锁实现而是源码android 修改控件源码通过连续的CPU循环来尝试获取锁,这在中断处理和进程上下文中表现出了极高的锁x锁实现效率,但也可能造成CPU资源的源码浪费。自旋锁有三种主要实现方式:CAS(Compare and Swap)模式,锁x锁实现简单直接但竞争随机;Ticket模式,源码引入公平性但消耗CPU;而MCS(Multi-CPU Scalable)模式,锁x锁实现是源码对Ticket模式的优化,通过链表通知减少了CPU空转,锁x锁实现实现了更高的源码效率与内存利用。
在Linux内核的锁x锁实现广泛应用中,自旋锁的性能优化尤为重要,尤其是在多线程竞态的极端场景。例如,MCS模式虽然牺牲了一定的内存使用,但其高效性能使之成为首选。特别是针对内存密集型的应用,qspinlock的出现,通过一个位原子变量巧妙地管理locked、pending和tail,实现了内存节省和高效操作。然而,这种复杂性也意味着在编写和维护时需要更加谨慎。
要使用自旋锁,只需在spinlock.h>中引入相关头文件,推广赚钱源码定义spinlock并调用spin_lock、spin_unlock进行加锁解锁。举个实例,当处理中断和进程混合的并发任务时,spinlock能够确保数据的一致性。内核提供了多种API,如spin_lock, spin_unlock用于无中断操作,spin_lock_irq, spin_unlock_irq则避免了中断的嵌套,spin_is_locked函数则用于检查锁的状态。
源代码的精髓隐藏在kernel\locking\spinlock.c和qspinlock.c中,头文件位于include\linux\spinlock.h。最新的Linux kernel 5..5 stable tree中包含了这些实现。深入研究源码,你会发现自旋锁的实现层次结构,从spin_lock到do_raw_spin_trylock,再到arch_spin_trylock,映射着qspinlock等优化方案。
对于内核开发者来说,自旋锁的优化是一个动态发展的领域,新的解决方案可能会不断涌现。想要深入了解,不妨关注我们的专业专栏RTFSC(Linux kernel源码轻松读),这里有丰富的原创内容,助你探索更深层次的内核世界。
Linux 内核 rcu(顺序) 锁实现原理与源码解析
结论是,Linux 内核中的 RCU(Read-Copy-Update)锁提供了一种无需阻塞的锁机制,旨在提高并发性能。传统的java异常源码锁如自旋锁和互斥锁存在阻塞问题,而RCU锁通过读写分离、延迟删除策略来实现无锁或低阻塞的操作。
RCU锁的核心原理是利用读写分离的策略。当有读任务 M 阅读链表时,写任务 N 可以在读任务完成后再进行修改,通过rcu_assign_pointer 修改指针,保留旧节点直到读任务结束。写任务通过synchronize_kernel等待所有读任务完成,而读任务则通过rcu_read_lock获取读锁,rcu_read_unlock释放,rcu_dereference访问数据。
这种机制类似于垃圾回收机制,写者在操作后保留旧引用,直到所有读任务结束才删除。rcu_read_lock会禁止抢占,形成一个宽限期,确保读任务在读锁保护下完成,从而避免数据不一致。
总的来说,RCU锁通过巧妙的策略,实现了低阻塞的并发控制,提高系统性能,而源码中的关键操作包括rcu_assign_pointer进行指针更新,synchronize_kernel等待读任务完成,以及读任务通过rcu_read_lock等函数进行锁的管理和数据访问。
Linux读写锁逻辑解析
Linux的读写锁机制,如同一把精密的多线程调和器,巧妙解决并发世界中的怎样阅读源码读多写少困境。其核心数据结构,如rwsem(读写信号量),包含读写状态counter和任务管理信息,确保了读线程的并发性和写线程的互斥性。
在内核设计中,当写线程尝试获取写锁时,可能会采取乐观自旋策略,若失败则会优雅地加入等待队列。rw_semaphore结构体中的关键成员,如task指针和队列,负责管理这些等待任务。对外API如down_read_trylock,为高效读取提供了可能,即使尝试失败也不会造成阻塞。
读锁获取过程复杂而微妙,通过RWSEM_READER_BIAS快速路径和防止饿死的慢速路径,遵循公平原则。乐观偷锁机制允许临界区无写者时,高优先级读者尝试先入。若偷窃失败,读者会进入等待队列,队列超时机制确保效率与公平的平衡。
当读线程加入等待队列,任务会被细致地处理,通过rwsem_add_waiter调整counter。特别是对于首位等待者,会设置RWSEM_FLAG_WAITERS标志。在尝试获取锁前,java 商业源码可能需要唤醒潜在的等待者,如owner离开或读锁持有者。释放读锁时,仅简单地减去counter,不移除owner,以减少复杂性。
写锁的获取则更为严谨,rwsem_write_trylock会检查rwsem状态,成功则立即持有并标记,否则返回。写锁的获取过程涉及等待队列的操作和唤醒策略,保证了高优先级的请求能及时响应。
在写锁持有者释放时,与读锁类似,仅清理owner,同时考虑writer可能对reader的抢锁影响。乐观自旋条件的判断,确保了在特定场景下的高效执行,如writer持有锁且未禁止自旋。
OPPO内核团队在实际应用中,如手机交互场景,对Linux读写锁进行了优化,以降低延迟和提高吞吐量。深入研究5..内核源代码中的"Documentation\locking\"部分,你会发现更多优化细节。对于对技术感兴趣的读者,"内核工匠"公众号提供了丰富的技术内容。
Linux的读写锁设计,如同一个精密的调和大师,它在并发世界中奏出了平衡、效率与公平的交响乐,无论在理论层面还是实际应用中,都展现出强大的适应性和灵活性,是多线程并发编程的有力工具。
Linux 内核:RCU机制与使用
在学习Linux源码时,遇到带有__rcu后缀的数据结构,引发对RCU机制的好奇。RCU(Read-Copy Update)是数据同步机制,主要用于优化链表遍历读取效率,避免锁竞争和内存延迟,适用于读多写少的场景,如文件系统中频繁查找定位目录而目录修改相对较少的情况。
RCU机制通过在读取数据时不对链表加锁,允许多线程同时读取,但当线程尝试修改数据时,必须加锁以保证数据一致性。这种机制显著提升了性能,尤其在大量读取少量修改的场景中。
在Linux内核源码中,RCU的详细文档和实现源码可于Documentation/RCU/目录下找到。Paul E. McKenney为主要实现者,并整理了相关文章和链接供参考。
RCU解决了多个关键问题:如在读取过程中,另一个线程可能删除或插入节点,RCU通过宽限期确保数据的完整性和一致性;发布-订阅机制确保插入的节点在读取时得到完整引用;并保证链表遍历的一致性,避免中间断开。
RCU基于读-拷贝修改原理,允许读者无锁访问数据,而写者在进行修改时,先复制数据结构副本,修改副本后,通过回调函数在适当时机完成数据结构的更新或释放。这个适当时机由内核自动确定。
RCU的核心在于允许并行的读取操作,同时对写操作进行延迟处理,通过读者信号和垃圾收集器确保数据的一致性和安全性。与传统锁机制相比,RCU减少了锁竞争和内存延迟,提升了性能。
RCU通过grace period(宽限期)和quiescent state(静默状态)机制,确保写操作在所有读操作完成后执行,从而避免了数据不一致问题。RCU的实现包括rcu_read_lock和rcu_read_unlock,用于管理读操作的临界区,以及synchronize_rcu用于挂起写操作,直到所有读操作结束。
在使用RCU保护共享数据结构时,读者可以自由访问,无需加锁;而写者在访问数据时,先复制副本进行修改,最后通过回调函数在适当时机执行真正的修改操作。这种机制确保了数据的一致性和安全性,同时避免了锁竞争的性能开销。
RCU通过一系列核心API,如rcu_read_lock和rcu_read_unlock,以及synchronize_rcu,实现了读操作的并发性和写操作的延迟处理。读者通过这些API进入读临界区,而写者通过synchronize_rcu挂起,直到所有读操作完成。
在实际应用中,RCU允许在不牺牲性能的情况下,处理大量读取和少量写入的操作。例如,在系统调用审计、路由表维护等场景中,使用RCU可以显著提升性能,同时减少锁竞争和内存延迟的问题。
RCU机制虽然提升了性能,但也存在内存占用和写操作开销等问题。在考虑使用RCU时,需要权衡其带来的性能提升与内存使用和写操作的复杂性。
深入探秘高性能并发:C++如何在Linux巧妙应用Futex实现线程锁同步(ob_latch.cpp篇)大篇幅(3万字)
通过实例学习C++的Futex应用,理解线程锁同步在OceanBase 4.0源码中的巧妙使用
这篇文章详细介绍了如何在Linux环境下,利用C++的Futex实现线程锁同步,以开源项目ob_latch.cpp为例,探讨了自旋锁、互斥锁和等待队列的实现和优缺点。 1. 自旋锁分析:通过low_try_lockA,自旋次数由max_spin_cnt控制,避免CPU资源浪费。 2. 互斥锁-ObLatchMutex:提供try_lock, lock, wait三种加锁方式,分别对应不同的场景和策略。 3. ObLatchWaitQueue:管理等待队列,确保公平调度,如wait阻塞锁的使用和唤醒机制。 4. 锁的解锁逻辑:如ObLatchMutex的unlock,通过原子操作移除或减少锁的持有计数,必要时唤醒等待队列。 5. 高级锁封装:如ObLatchWGuard等RAII类,自动管理锁的生命周期,确保资源安全。 通过以上组件的组合,开发者可以灵活设计线程同步机制,保证多线程环境下资源访问的正确性和效率。 如果你在项目中设计线程锁,可以根据这些原理和实例进行调整和优化。linux内核 文件锁
在Linux系统中,文件被视为共享的资源,尤其在多用户环境下。文件锁是一种关键机制,用于管理和控制对文件的并发访问,以避免资源竞争。主要有两种类型的文件锁:建议性锁和强制性锁。建议性锁要求进程在使用文件前检查并尊重现有锁,而强制性锁由内核执行,能确保写操作的独占性,但会降低性能。Linux中的lockf()和fcntl()函数提供了上锁功能,lockf()用于建议性锁,fcntl()则支持更多类型的锁,包括记录锁,其中读锁(共享锁)允许多个进程同时读取同一部分文件,而写锁(排斥锁)则确保同一时间只有一个进程能写入。
记录锁进一步分为读取和写入两种,前者允许共享读取,后者则是排他的,确保文件同一部分的读写互斥。在实践中,如write_lock.c.c文件所示,写入锁作为互斥锁,确保写操作的原子性。读锁则是共享的,允许多个进程同时进行读取。
了解这些概念有助于正确地在多线程或多用户环境中管理文件,避免数据冲突。如果你对Linux内核技术有兴趣,可以加入相关的技术交流群,获取更多学习资源,如内核源码技术学习路线、视频教程和代码资料。