Note: TWLKH: 浅谈Semaphore与mutex

各种IPC的方式

像其他的方式都有System V和POSIX两种,而Mutex,是不是暗示着什么呢?可以看一下Mutex何时产生的

UNIX的两大主要分支AT&T的System three & V 和 BSD发行版,POSIX IPC是更后面的,Mutex是在POSIX中才定义的。

更详细的

1962年Dijkstra是首先提出共享资源会存在问题的,Busy waiting-> Binay Semaphore -> Counting Semaphore -> MUTEX

从这个时间线还可以看出,MUTEX是在Binary Semaphore之后很久才有的,也说明他们不完全是一回事,后面会详细说

Semaphore - 1

x=x+1实际上会涉及几步,如果两个thread同时Load x,x可能加1,出现问题

Semaphore - 2

所以,需要加锁保护 Critical Section. 在这个例子中Semephore 相当于房间的钥匙

Semaphore - 3

Semaphore - 4

意外的释放,释放多次 

Semaphore - 5

Recursive Deadlock: 临界区中是递归调用

Task-Death Deadlock: 一个任务Death,另外任务都要wait

Semaphore - 6

由于cs(Critical Section)的存在,可能导致Low Priority Task 比High Priority Task先执行完,导致优先级倒置

Semaphore - 7

将Semaphore当做Signal用

好处:不必成对,一对多,实现Broadcast

坏处:Accidental Release,意外的V操作

MUTEX - 1

MUTEX就等同于Binary Semaphore吗?

与Semaphore最大区别,Mutex有ownership原则

Accidental Release: 解决,因为是成对的,不会被第二者意外释放

Recursive Deadlock: 解决,允许re-lock且成对释放,因此不会造成问题

Task-Death Deadlock: 解决,已获得锁的Taks A发现death时,可以将ownership转移出去(给其他在等待这个锁的),或者通知所有等待这个锁Error

MUTEX-2

Priority Inversion: 解决,且有两种解法

注:Priority Sealing、Highest Locker和 Priority Ceilling Protocol 意思相同吗?应该吧。Priority Ceilling Protocol在pthraed mutex源代码中有,故使用这个

MUTEX-3

就很像Rust中的ownership转移

Task Low可以将the ownership of Mutex转移给Task high,所以Task high能够在low之前完成,从而解决了priority inversion问题

MUTEX-4

将cs视为最高优先级,新任务不会抢占前一个任务的cs,例如Task Mid会等前面3个cs执行完再执行

这样,不看cs的话是实时抢占;看cs的话,就不算实时抢占了

MUTEX-5

这种死锁,没法解决,只能程序员写代码是自己注意,破坏死锁四个条件中的至少一个

接下来讨论一下什么场合应该使用Semaphore,什么场合使用Mutex

使用时机- 1

多资源就适合Semaphore吗?不是的

如果不区分具体资源属于谁,比如停车场,就适合Semaphore;如果需要区分,比如两个房间不应该用同一个钥匙,所以应该是两个Mutex来实现,而不是Semaphore

使用时机-2

将Semaphore当做Signal使用:ISR(中断服务程序),接受到中断信号跳转到服务程序,比较适合

使用时机-3

Mutex:用于互斥资源,比如系统设备Device;尽可能使用在底层(leaf node)

使用时机-4

总结:Mutex与Semaphore最大的差异,Mutex用在哪,Semaphore用在哪,mutex在glibc中

 

mutex是在glibc中实现的,在pthread.h中可以看到

例如mutex的种类:

 

 例如,还有前面讲到的priority ceiling 和 priority protocol

mutex对应的属性设置在mutexattr中,可以看到pthread_mutexattr_setprioceiling.c 和 pthread_mutexattr_setprotocol.c  的定义

使用时机 - 5

semaphore基于spinlock, mutex基于semaphore

semaphoe和mutex等都是blocking的

lock-free有RMW和CAS两种,no-lock可以用circular buffer来实现

.....等等

Quiz

1. 实现Thread Barrier

其实pthread中实现了一个pthread_barrier,模仿一个

2. 实现Shared Queue

就是生产者-消费者模型,一个测试提示,使用-fsanitize=thread

 

Ref: https://www.youtube.com/watch?v=JEXwO_EoyZo&ab_channel=TaiwanLinuxKernelHackers

posted @ 2021-09-30 19:28  Rogn  阅读(70)  评论(0编辑  收藏  举报