Linux设备驱动中的并发

并发就是多个执行单元或多个进程并行执行，而这多个执行单元对资源进行共享，比如访问同一个变量或同一个硬件资源，这个时候就很容易出现竞态(说简单点就是竞争同一个”女朋友”)。

为了处理并发带来的问题，Linux有几种处理方法:

1. 中断屏蔽

2. 原子 *** 作

3. 自旋锁

4. 信号量

5. 互斥体

6. 完成量

以上几种处理并发的方式各有利弊，需要根据实际情况来选择使用哪一种。

它的原理就是让CPU不响应中断，一般使用这种方法的要求代码段要比较少，不能占用大量的时间。一般在驱动中不推荐使用这种方式。

原子量保证对一个整形数据的 *** 作是排他性的。就是该 *** 作绝不会在执行完毕前被任何其他任务或事件打断。

自旋锁是一种典型的对临界资源进行互斥访问的手段。当一个自旋锁已经被其他线程持有，而另一个线程试图去获取自旋锁，这时候就会一直在那里等待(原地自旋等待)。如果递归调用自旋锁，就会导致系统死锁。

与自旋锁不同的是，当获取不到信号量时，进程不会原地打转而是进入休眠等待状态。新的Linux内核倾向于直接使用mutex作为互斥手段，信号量用作互斥不再被推荐使用。

当进程占用资源时间较长时，用互斥体会比较好。

使用方法：

完成量的机制是实现一个线程发送一个信号通知另一个线程完成某个任务。一个线程调用wait_for_completion后就进入休眠，另一个线程执行完某个任务后就发送通知给进入休眠的线程，然后它就执行wait_for_completion后面的代码。

需要一定的努力才可以学好：

Linux设备驱动是linux内核的一部分，是用来屏蔽硬件细节，为上层提供标准接口的一种技术手段。为了能够编写出质量比较高的驱动程序，要求工程师必须具备以下几个方面的知识：

1、 熟悉处理器的性能

如：处理器的体系结构、汇编语言、工作模式、异常处理等。对于初学者来说，在还不熟悉驱动编写方法的情况下，可以先不把重心放在这一项上，因为可能因为它的枯燥、抽象而影响到你对设备驱动的兴趣。随着你不断地熟悉驱动的编写，你会很自然的意识到此项的重要性。

2、掌握驱动目标的硬件工作原理及通讯协议

如：串口控制器、显卡控制器、硬件编解码、存储卡控制器、I2C通讯、SPI通讯、USB通讯、SDIO通讯、I2S通讯、PCI通讯等。编写设备驱动的前提就是需要了解设备的 *** 作方法，所以这些内容的重要程度不言而喻。但不是说要把所有设备的 *** 作方法都熟悉了以后才可以写驱动，你只需要了解你要驱动的硬件就可以了。

一、掌握硬件的控制方法

如：中断、轮询、DMA 等，通常一个硬件控制器会有多种控制方法，你需要根据系统性能的需要合理的选择 *** 作方法。初学阶段以实现功能为目的，掌握的顺序应该是，轮询->中断->DMA。随着学习的深入，需要综合考虑系统的性能需求，采取合适的方法。

二、良好的GNU C语言编程基础

如：C语言的指针、结构体、内存 *** 作、链表、队列、栈、C和汇编混合编程等。这些编程语法是编写设备驱动的基础，无论对于初学者还是有经验者都非常重要。

三、 良好的linux *** 作系统概念

如：多进程、多线程、进程调度、进程抢占、进程上下文、虚拟内存、原子 *** 作、阻塞、睡眠、同步等概念及它们之间的关系。这些概念及方法在设备驱动里的使用是linux设备驱动区别单片机编程的最大特点，只有理解了它们才会编写出高质量的驱动。

四、掌握linux内核中设备驱动的编写接口

如：字符设备的cdev、块设备的gendisk、网络设备的net_device，以及基于这些基本接口的framebuffer设备的fb_info、mtd设备的mtd_info、tty设备的tty_driver、usb设备的usb_driver、mmc设备的mmc_host等。

最近，有一批任务需要把两批的fastq合并到一起并压缩成一个fastq文件才能继续往下做，由于存储空间有限又不能直接全部跑上，只能按样本逐个分批跑。众所周知，一般fastq是成对存在的，所需要对read1和read2分别合并一次，然而这次任务的fastq文件比较大，合并然后压缩一次需要1天左右，那对于一组fastq就要2-3天，这也太耗时间了，所以我在想能不能read1和read2 同时跑上，这就可以节省一半的时间了。

平时也能遇到很多类似的任务，特别是在进程数有限的情况下，如果这些小任务单独占用一个进程，而任务很多就很耗时间，如果能在一个进程下实现多个线程并行执行，就能大大提高运行效率。关于进程和线程的知识可以参考知乎的这篇文章【 Shell“ 多线程”，提高工作效率 】，整理的也比较有条理，能比较容易读懂。

当然，某些博主也写过类似的文章，例如这篇【 shell后台限制多并发控制后台任务强度进行文件拷贝 】但是实在是太高深莫测了，看不懂，一时半会儿也学不会。本文将示例Shell实现多线程的简单版本，其实不用太复杂。

其实只需要两个步骤， 第一步是给需要并行运行的命令行在结尾加上"&"，代表放到后台运行，第二步是在在所有并行任务的后面加上一句“wait”，意思是等所有通过“&”放到后台运行的任务跑完后再继续执行后面的任务 ，这些就能实现所有带有“&”的行并行执行了。

看完脚本是不是觉得很简单？

上面的脚本适合并行任务少的，可以手动加&和wait，但是如果有几十个甚至上百个的小任务就比较麻烦了。但不用担心，可以写个循环，批量运行。

循环的结果也是跟上面类似的，只是多了个循环结构。

如果需要执行的任务只有一行，可以把大括号去掉。

关于for和while的循环可以查看之前的文章【 Shell常用循环示例（for和while批量处理）2022-05-25 】

需要注意的是多线程并行还是需要有限制的，毕竟都是在一个进程里运行，如果线程太多了会卡顿的，建议控制在100个以内，当然还有毕竟高级和复杂的方法可以实现限制。因为上面的脚本已经够我用了，没继续往下学，以后可以再补充。

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