Linux Kernel (Ядро линукса) (часть 1)

Семафоры чтения/записи

Семафоры чтения/записи аналогичны спин-блокировкам чтения/записи, описанным ранее, с тем отличием, что ожидающий процесс приостанавливается, а не крутит” цикл, пока семафор не будет открыт.

Несколько управляющих трактов ядра могут одновременно получить семафор чтения/записи на чтение, но любой пишущий тракт должен иметь исключительный доступ к защищенному ресурсу. Поэтому семафор может быть получен на запись, только когда никакой другой тракт ядра не держит его ни на чтение, ни на запись. Семафоры чтения/записи повышают уровень параллельности в ядре, тем самым повышая общую производительность системы.
Ядро обрабатывает все процессы, ожидающие семафора чтения/записи строго по принципу первым вошел — первым вышел”. Каждый читающий или пишущий тракт ядра, обнаруживший, что семафор закрыт, ставится в конец очереди ожидания семафора. Когда семафор освобождается, ядро анализирует процессы в начале очереди. Первый процесс пробуждается в любом случае. Если это пишущий процесс, другие процессы в очереди продолжают спать. Если это читающий процесс, все следующие читающие процессы, вплоть до первого пишущего, тоже пробуждаются и получают блокировку. Читающие процессы, которые стоят в очереди после пишущего, продолжают спать.

Каждый семафор чтения/записи представлен структурой rw semaphore, состоящей из следующих полей:
- count— содержит два 16-битовых счетчика. Счетчик в старшем слове хранит в дополнительном коде сумму количества не ожидающих пишущих трактов (либо 0, либо 1) и количества ожидающих трактов ядра. Счетчик в младшем слове кодирует сумму неожидающих читающих и пишущих трактов;
- wait list — указывает на список ожидающих процессов. Каждый элемент этого списка является структурой rwsem waiter, включающей в себя указа
тель на дескриптор спящего процесса и флаг, показывающий, для чтения или записи нужен семафор этому процессу;
- wait iock— спин-блокировка, используемая для защиты очереди ожидания И самой структуры rw_semaphore.
Функция init rwsemO инициализирует структуру rw semaphore, обнуляя ПОЛе count, приводя спин-блокировку wait iock в состояние разблокировано” и инициализируя СПИСОК wait list пустым списком.

Функции down readO и down_write получают семафор чтения/записи на чтение и на запись соответственно. Аналогичным образом, функции up read и up write освобождают семафор чтения/записи, занятый процессом. Функции down_read_trylock И down_write_trylock аналогичны функ- ЦИЯМ down read И down write СООТВеТСТВеННО, НО ОНИ Не блокируют ПрО- цесс, если семафор занят. Наконец, функция downgrade write атомарно трансформирует блокировку для записи в блокировку для чтения. Реализация этих пяти функций имеет довольно объемистый код, но в нем легко разобраться, т. к. он аналогичен реализации обычных семафоров. Поэтому мы не станем описывать эти функции.