Linux设备驱动中的并发控制
有两种可能的原因会造成程序出错，一种可能性是编译乱序，另一种可能性是执行乱序。
处理器为了解决多核间一个核的内存行为对另一个核可见的问题，引入了一些内存屏蔽的指令。ARM处理器的屏蔽指令包括：
DMB（数据内存屏障）：在DMB之后的显式内存访问执行前，保证所有在DMB指令之前的内存访问完成；
DSB（数据同步屏障）：等待所有在DSB指令之前的指令完成（位于此指令前的所有显式内存访问均完成，位于此指令前的所有缓存、跳转预测和TLB维护操作全部完成）；
ISB（指令同步屏障）：Flush流水线，使得所有ISB之后执行的指令都是从缓存或者内存中获得的。
Linux内核提供了一系列函数来实现内核中的原子操作，分为两类：整型原子操作和位原子操作。
使用原子变量使设备只能被一个进程打开。
例：
static atomic_t xxx_available = ATOMIC_INIT(1);
static int xxx_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
…
if(!atomic_dec_and_test(&xxx_available)){
atomic_inc(&xxx_available);
return–EBUSY;
}
…
return 0;
}
static int xxx_release(struct inode *inode, struct file*filp)
{
atomic_inc(&xxx_available);
return 0;
}
自旋锁(Spin Lock的衍生、读写自旋锁、顺序锁)与RCU(Read-Copy-Update，读-复制-更新)
自旋锁，既保证排他性，也能处理好内存屏障。主要针对SMP或单CPU但内核可抢占的情况，对于单CPU和内核不支持抢占的系统，自旋锁退化为空操作。
在得到锁的代码路径在执行临界区的时候，还可能受到中断和底半部（BH）的影响。为了防止这种影响，就衍生除了一套自旋锁机制。
使用自旋锁需要注意的问题：
（1） 只有在占用锁的时间极短的情况下，使用自旋锁才是合理的。当临界区很大，或有共享设备的时候，需要较长时间占用锁，使用自旋锁会降低系统的性能。
（2） 自旋锁可能导致死锁。最常见的情况是递归使用一个自旋锁。
（3） 在自旋锁锁定期间不能调用可能引起进程调度的函数。如果进程获得自旋锁之后再阻塞，如调用copy_from_user()、kmalloc()、msleep()等函数，则可能导致内核的崩溃。
（4） 在强调跨平台的概念时，CPU视为多核，spin_lock_irpsave()不能屏蔽另一个核的中断，所以另一个核就可能造成并发问题。因此，无论如何，我们在中断服务程序里也应该调用spin_lock()。
RCU的机制跟自旋锁相反。读自旋锁是等所有进程或中断释放自旋锁后，再拿到自旋锁后修改数据。RCU是直接制造一个新的节点M，把N的内容复制给M，之后再修改M上的数据，并用M代替N原本在链表的位置。之后进程等待在链表前期已经存在的所有读端结束后（即宽限期，通过synchronize_rcu()API完成），在释放原来的N。
但是RCU不能代替读写锁，因为RCU写执行单元之间的同步开销比较大，它也必须使用某种锁机制来同步并发的其他写执行单元的修改操作。
函数call_rcu()也由RCU写执行单元调用，与synchronize_rcu()不同的是，它不会使写执行单元阻塞，因而可以在中断上下文或软中断使用。
信号量（semaphore）是操作系统中最典型的用于同步和互斥的手段，信号量的值可以是0、1或者n。信号量与操作系统中的经典概念PV操作对应。
互斥体。尽管信号量已经可以实现互斥的功能，但是“正宗”的mutex在Linux内核中还是真实地存在着。
总结自旋锁和互斥体选用的3项原则：
（1） 若临界区比较小，宜使用自旋锁，若临界区很大，应使用互斥体。
（2） 互斥体所保护的临界区可以包含可能引起阻塞的代码，而自旋锁则绝对要避免用来保护包含这样代码的临界区。
（3） 互斥体存在于进程上下文，因此，如果被保护的共享支援需要在中断或者软中断情况下使用，则在互斥体和自旋锁之间只能选择自旋锁。当然，如果一定要使用互斥体，则只能通过mutex_trylock()方式进行，不能获取就立即返回以避免阻塞。
Linux提供了完成量（Completion），它用于一个执行单元等待另一个执行单元执行完某事。
增加并发控制后的globalmem的设备驱动。
在globalmem()读写函数中，由于调用了copy_from_user()等可能导致阻塞的函数，因此不能使用自旋锁，宜使用互斥体。
驱动工程师习惯将某设备锁使用的自旋锁、互斥体等辅助手段也放在设备结构中。
struct globalmem_dev{
…
struct mutexmutex;
}
加载函数中添加互斥体初始化:
mutex_init(&globalmem_devp->mutex);
globalmem的读写操作中，在访问共享资源时，先获取互斥体，访问完成后，释放互斥体。
mutex_lock(&dev->mutex);
if(copy_from_user(buf, dev->mem + p, count)){
<span style="white-space:pre"></span>ret = -EFAULT;
}else
…
mutex_unlock(&dev->mutex);
如果在读写的同时，另一个执行单元执行MEM_CLEAR IO控制命令，也会到导致全局内存的混乱，因此globalmem_ioctl()修改如下：
…
case MEM_CLEAR:
mutex_lock(&dev->mutex);
memset(dev->mem,0 , GLOBALMEM_SIZE);
mutex_unlock(&dev->mutex);
…