linux讀寫信號量

『壹』 linux下線程同步的幾種方法

Linux 線程同步的三種方法
線程的最大特點是資源的共享性，但資源共享中的同步問題是多線程編程的難點。linux下提供了多種方式來處理線程同步，最常用的是互斥鎖、條件變數和信號量。
一、互斥鎖(mutex)
通過鎖機制實現線程間的同步。
初始化鎖。在Linux下，線程的互斥量數據類型是pthread_mutex_t。在使用前,要對它進行初始化。
靜態分配：pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
動態分配：int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutex_attr_t *mutexattr);
加鎖。對共享資源的訪問，要對互斥量進行加鎖，如果互斥量已經上了鎖，調用線程會阻塞，直到互斥量被解鎖。
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex *mutex);
int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
解鎖。在完成了對共享資源的訪問後，要對互斥量進行解鎖。
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);
銷毀鎖。鎖在是使用完成後，需要進行銷毀以釋放資源。
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex *mutex);
[csharp] view plain
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include "iostream"
using namespace std;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
int tmp;
void* thread(void *arg)
{
cout << "thread id is " << pthread_self() << endl;
pthread_mutex_lock(&mutex);
tmp = 12;
cout << "Now a is " << tmp << endl;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
return NULL;
}
int main()
{
pthread_t id;
cout << "main thread id is " << pthread_self() << endl;
tmp = 3;
cout << "In main func tmp = " << tmp << endl;
if (!pthread_create(&id, NULL, thread, NULL))
{
cout << "Create thread success!" << endl;
}
else
{
cout << "Create thread failed!" << endl;
}
pthread_join(id, NULL);
pthread_mutex_destroy(&mutex);
return 0;
}
//編譯：g++ -o thread testthread.cpp -lpthread
二、條件變數(cond)
互斥鎖不同，條件變數是用來等待而不是用來上鎖的。條件變數用來自動阻塞一個線程，直到某特殊情況發生為止。通常條件變數和互斥鎖同時使用。條件變數分為兩部分: 條件和變數。條件本身是由互斥量保護的。線程在改變條件狀態前先要鎖住互斥量。條件變數使我們可以睡眠等待某種條件出現。條件變數是利用線程間共享的全局變數進行同步的一種機制，主要包括兩個動作：一個線程等待"條件變數的條件成立"而掛起；另一個線程使"條件成立"（給出條件成立信號）。條件的檢測是在互斥鎖的保護下進行的。如果一個條件為假，一個線程自動阻塞，並釋放等待狀態改變的互斥鎖。如果另一個線程改變了條件，它發信號給關聯的條件變數，喚醒一個或多個等待它的線程，重新獲得互斥鎖，重新評價條件。如果兩進程共享可讀寫的內存，條件變數可以被用來實現這兩進程間的線程同步。
初始化條件變數。
靜態態初始化，pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIER;
動態初始化，int pthread_cond_init(pthread_cond_t *cond, pthread_condattr_t *cond_attr);
等待條件成立。釋放鎖,同時阻塞等待條件變數為真才行。timewait()設置等待時間,仍未signal,返回ETIMEOUT(加鎖保證只有一個線程wait)
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex);
int pthread_cond_timewait(pthread_cond_t *cond,pthread_mutex *mutex,const timespec *abstime);
激活條件變數。pthread_cond_signal,pthread_cond_broadcast（激活所有等待線程）
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond); //解除所有線程的阻塞
清除條件變數。無線程等待,否則返回EBUSY
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
[cpp] view plain
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include "stdlib.h"
#include "unistd.h"
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t cond;
void hander(void *arg)
{
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
void *thread1(void *arg)
{
pthread_cleanup_push(hander, &mutex);
while(1)
{
printf("thread1 is running\n");
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
printf("thread1 applied the condition\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(4);
}
pthread_cleanup_pop(0);
}
void *thread2(void *arg)
{
while(1)
{
printf("thread2 is running\n");
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
printf("thread2 applied the condition\n");
pthread_mutex_unlock(&mutex);
sleep(1);
}
}
int main()
{
pthread_t thid1,thid2;
printf("condition variable study!\n");
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
pthread_cond_init(&cond, NULL);
pthread_create(&thid1, NULL, thread1, NULL);
pthread_create(&thid2, NULL, thread2, NULL);
sleep(1);
do
{
pthread_cond_signal(&cond);
}while(1);
sleep(20);
pthread_exit(0);
return 0;
}
[cpp] view plain
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
static pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
struct node
{
int n_number;
struct node *n_next;
}*head = NULL;

static void cleanup_handler(void *arg)
{
printf("Cleanup handler of second thread./n");
free(arg);
(void)pthread_mutex_unlock(&mtx);
}
static void *thread_func(void *arg)
{
struct node *p = NULL;
pthread_cleanup_push(cleanup_handler, p);
while (1)
{
//這個mutex主要是用來保證pthread_cond_wait的並發性
pthread_mutex_lock(&mtx);
while (head == NULL)
{
//這個while要特別說明一下，單個pthread_cond_wait功能很完善，為何
//這里要有一個while (head == NULL)呢？因為pthread_cond_wait里的線
//程可能會被意外喚醒，如果這個時候head != NULL，則不是我們想要的情況。
//這個時候，應該讓線程繼續進入pthread_cond_wait
// pthread_cond_wait會先解除之前的pthread_mutex_lock鎖定的mtx，
//然後阻塞在等待對列里休眠，直到再次被喚醒(大多數情況下是等待的條件成立
//而被喚醒，喚醒後，該進程會先鎖定先pthread_mutex_lock(&mtx);，再讀取資源
//用這個流程是比較清楚的
pthread_cond_wait(&cond, &mtx);
p = head;
head = head->n_next;
printf("Got %d from front of queue/n", p->n_number);
free(p);
}
pthread_mutex_unlock(&mtx); //臨界區數據操作完畢，釋放互斥鎖
}
pthread_cleanup_pop(0);
return 0;
}
int main(void)
{
pthread_t tid;
int i;
struct node *p;
//子線程會一直等待資源，類似生產者和消費者，但是這里的消費者可以是多個消費者，而
//不僅僅支持普通的單個消費者，這個模型雖然簡單，但是很強大
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
sleep(1);
for (i = 0; i < 10; i++)
{
p = (struct node*)malloc(sizeof(struct node));
p->n_number = i;
pthread_mutex_lock(&mtx); //需要操作head這個臨界資源，先加鎖，
p->n_next = head;
head = p;
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mtx); //解鎖
sleep(1);
}
printf("thread 1 wanna end the line.So cancel thread 2./n");
//關於pthread_cancel，有一點額外的說明，它是從外部終止子線程，子線程會在最近的取消點，退出
//線程，而在我們的代碼里，最近的取消點肯定就是pthread_cond_wait()了。
pthread_cancel(tid);
pthread_join(tid, NULL);
printf("All done -- exiting/n");
return 0;
}
三、信號量(sem)
如同進程一樣，線程也可以通過信號量來實現通信，雖然是輕量級的。信號量函數的名字都以"sem_"打頭。線程使用的基本信號量函數有四個。
信號量初始化。
int sem_init (sem_t *sem , int pshared, unsigned int value);
這是對由sem指定的信號量進行初始化，設置好它的共享選項(linux 只支持為0，即表示它是當前進程的局部信號量)，然後給它一個初始值VALUE。
等待信號量。給信號量減1，然後等待直到信號量的值大於0。
int sem_wait(sem_t *sem);
釋放信號量。信號量值加1。並通知其他等待線程。
int sem_post(sem_t *sem);
銷毀信號量。我們用完信號量後都它進行清理。歸還佔有的一切資源。
int sem_destroy(sem_t *sem);
[cpp] view plain
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <errno.h>
#define return_if_fail(p) if((p) == 0){printf ("[%s]:func error!/n", __func__);return;}
typedef struct _PrivInfo
{
sem_t s1;
sem_t s2;
time_t end_time;
}PrivInfo;

static void info_init (PrivInfo* thiz);
static void info_destroy (PrivInfo* thiz);
static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz);
static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz);

int main (int argc, char** argv)
{
pthread_t pt_1 = 0;
pthread_t pt_2 = 0;
int ret = 0;
PrivInfo* thiz = NULL;
thiz = (PrivInfo* )malloc (sizeof (PrivInfo));
if (thiz == NULL)
{
printf ("[%s]: Failed to malloc priv./n");
return -1;
}
info_init (thiz);
ret = pthread_create (&pt_1, NULL, (void*)pthread_func_1, thiz);
if (ret != 0)
{
perror ("pthread_1_create:");
}
ret = pthread_create (&pt_2, NULL, (void*)pthread_func_2, thiz);
if (ret != 0)
{
perror ("pthread_2_create:");
}
pthread_join (pt_1, NULL);
pthread_join (pt_2, NULL);
info_destroy (thiz);
return 0;
}
static void info_init (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
thiz->end_time = time(NULL) + 10;
sem_init (&thiz->s1, 0, 1);
sem_init (&thiz->s2, 0, 0);
return;
}
static void info_destroy (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
sem_destroy (&thiz->s1);
sem_destroy (&thiz->s2);
free (thiz);
thiz = NULL;
return;
}
static void* pthread_func_1 (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail(thiz != NULL);
while (time(NULL) < thiz->end_time)
{
sem_wait (&thiz->s2);
printf ("pthread1: pthread1 get the lock./n");
sem_post (&thiz->s1);
printf ("pthread1: pthread1 unlock/n");
sleep (1);
}
return;
}
static void* pthread_func_2 (PrivInfo* thiz)
{
return_if_fail (thiz != NULL);
while (time (NULL) < thiz->end_time)
{
sem_wait (&thiz->s1);
printf ("pthread2: pthread2 get the unlock./n");
sem_post (&thiz->s2);
printf ("pthread2: pthread2 unlock./n");
sleep (1);
}
return;
}

『貳』 開發 要掌握linux哪些知識

大體上：編程語言、linux高級編程、驅動編程、物聯網技術。
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linux基礎：
linux操作系統開發環境搭建；文件系統目錄結構；文件和目錄操作指令；文件的查找和檢索指令；設備掛載指令；網路管理指令；文件的傳輸和共享；VI的使用；簡單的shell腳本程序；
標准C：
C語言的基本結構、簡單的gcc編譯；數據類型、常量和變數、運算符和表達式；分支、循環；數組、函數；指針和內存（指針變數、數組的指針、指針的數組、指針的指針、指針函數、函數指針、指針與字元串、堆區內存分配、指針高級應用）；預處理指令、文件操作；自定義數據類型（Typedef、枚舉類型、聯合體類型、結構體類型）
數據結構和演算法：
數據結構的基本概念；線性存儲和鏈式存儲；單向鏈表、雙向鏈表、環狀鏈表、隊列、棧；樹和二叉樹；排序演算法（選擇、插入、交換、快速）、順序查找和折半查找。
gcc指令：
Gcc編譯器各種參數；靜態庫和動態庫編譯和鏈接。
linux高級編程：
linux內存管理；文件及設備操作（目錄、文件、設備控制、內存映射）；多線程（多線程開發、線程互斥、線程同步）；進程管理、進程間通信（管道、共享內存、信號量、消息、信號）
linux系統驅動：
linux內核模塊化設計思想、設備類型、驅動的作用和編寫方法；字元設備驅動、混雜設備驅動；內核內存（內核內存的申請、用戶層與內核層數據拷貝）；IO介面（IO內存分配、映射、讀寫）；硬體驅動原理(查看電路圖、晶元手冊、實現硬體驅動)；中斷處理與內核定時器(中斷原理、中斷處理函數、內核對時間及延時、內核定時器、Tasklet機制、實現按鍵驅動)；內核並發與竟爭（信號量、讀寫信號量、自旋鎖等）；阻塞IO與高級特性(睡眠與喚醒、poll特性、阻塞與非阻塞)；內核對內存管理
linux系統移植：
u-boot特性、代碼結構、編譯方法、移植方法；linux內核特性、代碼結構、編譯方法、移植方法；根文件系統組成、根文件系統製作方法、文件系統移植；

------------------------------------------------------------------------------------------------
加油！

『叄』 Linux操作系統的知識點總結

Linux操作系統的基礎知識並不是很難理解，熟悉掌握基礎知識能更好的學習Linux。下面由我為大家整理了Linux操作系統的知識點總結的相關知識，希望對大家有幫助!

Linux操作系統的知識點總結1.操作系統總體介紹

•CPU： 就像人的大腦，主要負責相關事情的判斷以及實際處理的機制。

查詢指令： cat /proc/cpuinfo

•內存： 大腦中的記憶區塊，將皮膚、眼睛等所收集到的信息記錄起來的地方，以供CPU進行判斷。查詢指令： cat /proc/meminfo

物理內存

物理內存，就是我們將內存條插在主板內存槽上的內存條的容量的大小。看計算機配置的時候，主要看的就是這個物理內存

虛擬內存

Windows中運用了虛擬內存技術，即拿出一部分硬碟空間來充當內存使用，當內存佔用完時，電腦就會自動調用硬碟來充當內存，以緩解內存的緊張。

關系：windows中虛擬內存和物理內存可能都會被使用，Linux中，只有物理內存使用完了，才會使用虛擬內存

•硬碟： 大腦中的記憶區塊，將重要的數據記錄起來，以便未來再次使用這些數據。

查詢指令： fdisk -l (需要root許可權)

Linux操作系統的知識點總結2.內存和硬碟的關系

具體命令後面會介紹

Linux操作系統的知識點總結3.操作系統監控命令>單獨寫一份

•vmstat

•sar

•iostat

•top

•free

•uptime

•netstat

•ps

•strace

•lsof

Linux操作系統的知識點總結4.如何分析操作系統

實際流程： 讀數據》數據>硬碟》虛擬內存(swaP)》內存》cpu緩存》執行隊列

分析方向，正好相反

Linux操作系統的知識點總結4.各個部分常出現的漏洞

•CPU： 容易出現該類瓶頸的郵件伺服器、動態web伺服器

•內存： 容易出現該類瓶頸的列印伺服器、資料庫伺服器、靜態web伺服器

•磁碟I/O： 頻繁讀寫操作的項目

•網路帶寬： 頻繁大量上傳下載項目

Linux操作系統的知識點總結5.linux本身的一些優化

1. 系統安裝優化

當安裝linux系統時，磁碟劃分、 SWAP內存的分配都直接影響系統性能。對於虛擬內存SWAP的設定，現在已經沒有了所謂虛擬內存是物理內存兩倍的要求，但是根據經驗，如果內存較小(物理內存小於4GB)，一般設置SWAP交換分區大小為內存的2倍;如果物理內存大約4GB小於16GB，可以設置SWAP大小等於或者略小於物理內存即可;如果內存在16GB以上，原則上可以設置SWAP為0，但最好設置一定大小的SWAP

• 2. 內核參數優化

例如，如果系統部署的Oracle資料庫應用，那麼就需要對系統共享內存段( kernel.shmmax, kenerl.shmmni, kernel.shmall)、

系統信號量( kernel.sem)、文件句柄( fs.file0max)等參數進行優化設置;如果部署的WEB應用，那麼就需要根據web應用特性進行網路參數的優化，例如修改net.ipv4.ip_local_port_range、net.ipv4.tc_tw_reuse、 net.core.somaxconn等網路

內核參數

• 3. 文件系統優化

在linux下可選的文件系統有ext2,、 ext3、 xfs、 ReiserFS

linux標准文件系統是從VFS開始，然後ext、 ext2， ext2是linux上的標准文件系統， ext3是在ext2基礎上增加日誌形成的。從VFS到ext3，設計思想沒有太大變化，都是早期UNIX家族基於超級塊和inode的設計理念設計而成。XFS文件系統是SGI開發的一個高級日誌文件系統，通過分布處理磁碟請求、定位數據、保持cache的一致性來提供對文件系統數據的低延遲、高帶寬的訪問，因此XFS極具伸縮性，非常健壯，具有優秀的日誌記錄功能、可擴展性強、快速寫入等優點。ReiserFS在Hans Reiser領導下開發出來的一款高性能的日誌文件系統，通過完全平衡樹來管理數據，包括文件數據、文件名及日誌支持等。與ext2、 ext3相比，最大的優點是訪問性能和安全性大幅提升。具有高效、合理利用磁碟空間，先將的日誌管理機制，特意的搜尋方式，海量磁碟存儲等優點

Linux操作系統的知識點總結5.重點知識

物理內存和虛擬內存

1.如何查看物理內存和虛擬內存?

Top 命令可以查看物理內存和虛擬內存的數值

2.Buffer

是硬碟控制器上的一塊內存晶元，具有極快的存取速度，它是硬碟內部存儲和外界介面之間的緩沖器。由於硬碟的內部數據傳輸速度和外界介面傳輸速度不同，緩存在其中起到一個緩沖的作用。緩存的大小與速度是直接關繫到硬碟的傳輸速度的重要因素，能夠大幅度地提高硬碟整體性能。

3.Cache

CPU緩存(Cache Memory)是位於CPU與內存之間的臨時存儲器，它的容量比內存小的多但是交換速度卻比內存要快得多。緩存的出現主要是為了解決CPU運算速度與內存讀寫速度不匹配的矛盾，因為CPU運算速度要比內存讀寫速度快很多，這樣會使CPU花費很長時間等待數據到來或把數據寫入內存。在緩存中的數據是內存中的一小部分，但這一小部分是短時間內CPU即將訪問的，當CPU調用大量數據時，就可避開內存直接從緩存中調用，從而加快讀取速度

4.CPU中斷

當CPU執行完一條現行指令時，如果外設向CPU發出中斷請求，那麼CPU在滿足響應的情況下，將發出中斷響應信號，與此同時關閉中斷，表示CPU不在受理另外一個設備的中斷。這時，CPU將尋找中斷請求源是哪一個設備，並保存CPU自己的程序計數器(PC)的內容。然後，他將轉移到處理該中斷源的中斷服務程序。CPU在保存現場信息，設備服務(如交換數據)以後，將恢復現場信息。在這些動作完成以後，開放中斷，並返回到原來被中斷的主程序的下一條指令。

5.上下文切換

上下文切換(Context Switch) 或者環境切換

多任務系統中，上下文切換是指CPU的控制權由運行任務轉移到另外一個就緒任務時所發生的事件。

在操作系統中，CPU切換到另一個進程需要保存當前進程的狀態並恢復另一個進程的狀態：當前運行任務轉為就緒(或者掛起、刪除)狀態，另一個被選定的就緒任務成為當前任務。上下文切換包括保存當前任務的運行環境，恢復將要運行任務的運行環境。

進程上下文用進程的PCB(進程式控制制塊,也稱為PCB，即任務控制塊)表示，它包括進程狀態，CPU寄存器的值等。

通常通過執行一個狀態保存來保存CPU當前狀態，然後執行一個狀態恢復重新開始運行。

上下文切換會對性能造成負面影響。然而，一些上下文切換相對其他切換而言更加昂貴;其中一個更昂貴的上下文切換是跨核上下文切換(Cross-Core Context Switch)。一個線程可以運行在一個專用處理器上，也可以跨處理器。由單個處理器服務的線程都有處理器關聯(Processor Affinity)，這樣會更加有效。在另一個處理器內核搶占和調度線程會引起緩存丟失，作為緩存丟失和過度上下文切換的結果要訪問本地內存。總之，這稱為“跨核上下文切換”。

6.進程和線程

進程概念

進程是表示資源分配的基本單位，又是調度運行的基本單位。例如，用戶運行自己的程序，系統就創建一個進程，並為它分配資源，包括各種表格、內存空間、磁碟空間、I/O設備等。然後，把該進程放人進程的就緒隊列。進程調度程序選中它，為它分配CPU以及其它有關資源，該進程才真正運行。所以，進程是系統中的並發執行的單位。

線程概念

線程是進程中執行運算的最小單位，亦即執行處理機調度的基本單位。如果把進程理解為在邏輯上操作系統所完成的任務，那麼線程表示完成該任務的許多可能的子任務之一

進程和線程的關系

(1)一個線程只能屬於一個進程，而一個進程可以有多個線程，但至少有一個線程。 (2)資源分配給進程，同一進程的所有線程共享該進程的所有資源。

(3)處理機分給線程，即真正在處理機上運行的是線程。

(4)線程在執行過程中，需要協作同步。不同進程的線程間要利用消息通信的辦法實現同步。

『肆』 Linux的幾種進程間通信方法簡介

管道（pipe） 管道是Linux支持的最初IPC方式，管道可分為無名管道，有名管道等。 （一）無名管道，它具有幾個特點： 1） 管道是半雙工的，只能支持數據的單向流動；兩進程間需要通信時需要建立起兩個管道； 2） 無名管道使用pipe（）函數創建，只能用於父子進程或者兄弟進程之間； 3） 管道對於通信的兩端進程而言，實質上是一種獨立的文件，只存在於內存中； 4） 數據的讀寫操作：一個進程向管道中寫數據，所寫的數據添加在管道緩沖區的尾部；另一個進程在管道中緩沖區的頭部讀數據。 （二）有名管道 有名管道也是半雙工的，不過它允許沒有親緣關系的進程間進行通信。具體點說就是，有名管道提供了一個路徑名與之進行關聯，以FIFO（先進先出）的形式存在於文件系統中。這樣即使是不相乾的進程也可以通過FIFO相互通信，只要他們能訪問已經提供的路徑。 值得注意的是，只有在管道有讀端時，往管道中寫數據才有意義。否則，向管道寫數據的進程會接收到內核發出來的SIGPIPE信號；應用程序可以自定義該信號處理函數，或者直接忽略該信號。 二。信號量（semophore） 信號量是一種計數器，可以控制進程間多個線程或者多個進程對資源的同步訪問，它常實現為一種鎖機制。實質上，信號量是一個被保護的變數，並且只能通過初始化和兩個標準的原子操作（P/V）來訪問。（P,V操作也常稱為wait（s），signal（s）） 三。信號（Signal） 信號是Unix系統中使用的最古老的進程間通信的方法之一。操作系統通過信號來通知某一進程發生了某一種預定好的事件；接收到信號的進程可以選擇不同的方式處理該信號，一是可以採用默認處理機制-進程中斷或退出，一是忽略該信號，還有就是自定義該信號的處理函數，執行相應的動作。 內核為進程生產信號，來響應不同的事件，這些事件就是信號源。信號源可以是：異常，其他進程，終端的中斷（Ctrl-C,Ctrl+\等），作業的控制（前台，後台進程的管理等），分配額問題（cpu超時或文件過大等），內核通知（例如I/O就緒等），報警（計時器）。 四。消息隊列（Message Queue） 消息隊列就是消息的一個鏈表，它允許一個或者多個進程向它寫消息，一個或多個進程向它讀消息。Linux維護了一個消息隊列向量表：msgque,來表示系統中所有的消息隊列。 消息隊列克服了信號傳遞信息少，管道只能支持無格式位元組流和緩沖區受限的缺點。 五。共享內存（shared memory） 共享內存映射為一段可以被其他進程訪問的內存。該共享內存由一個進程所創建，然後其他進程可以掛載到該共享內存中。共享內存是最快的IPC機制，但由於linux本身不能實現對其同步控制，需要用戶程序進行並發訪問控制，因此它一般結合了其他通信機制實現了進程間的通信，例如信號量。 五。套接字（socket） socket也是一種進程間的通信機制，不過它與其他通信方式主要的區別是：它可以實現不同主機間的進程通信。

『伍』 linux多線程讀寫文件寫不進去

解決方法如下：使用同步機制。可以使用提供的信號量機制，或者採用文件鎖機制來實現告山線程間文襪態中件的同步處理。這樣可以保證每個線程在寫閉逗入文件前都必須獲得特定的信號量或文件鎖，從而保證線程的正常執行。

『陸』 通信的方式有多種，假設需要在Linux系

進程間的通信方式：
1.管道（pipe）及有名管道（named pipe）：
管道可用於具有親緣關系進程間的通信，有名管道除了具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關系進程間的通信。
2.信號（signal）：
信號是在軟體層次上對中斷機制的一種模擬，它是比較復雜的通信方式，用於通知進程有某事件發生，一個進程收到一個信號與處理器收到一個中斷請求效果上可以說是一致得。

3.消息隊列（message queue）：
消息隊列是消息的鏈接表，它克服了上兩種通信方式中信號量有限的缺點，具有寫許可權得進程可以按照一定得規則向消息隊列中添加新信息；對消息隊列有讀許可權得進程則可以從消息隊列中讀取信息。
消息緩沖通信技術是由Hansen首先提出的,其基本思想是:根據」生產者-消費者」原理,利用內存中公用消息緩沖區實現進程之間的信息交換.

內存中開辟了若干消息緩沖區,用以存放消息.每當一個進程向另一個進程發送消息時,便申請一個消息緩沖區,並把已准備好的消息送到緩沖區,然後把該消息緩沖區插入到接收進程的消息隊列中,最後通知接收進程.接收進程收到發送里程發來的通知後,從本進程的消息隊列中摘下一消息緩沖區,取出所需的信息,然後把消息緩沖區不定期給系統.系統負責管理公用消息緩沖區以及消息的傳遞.

一個進程可以給若干個進程發送消息,反之,一個進程可以接收不同進程發來的消息.顯然,進程中關於消息隊列的操作是臨界區.當發送進程正往接收進程的消息隊列中添加一條消息時,接收進程不能同時從該消息隊列中到出消息:反之也一樣.

消息緩沖區通信機制包含以下列內容:

(1) 消息緩沖區,這是一個由以下幾項組成的數據結構:
1、 消息長度
2、 消息正文
3、 發送者
4、 消息隊列指針

（2）消息隊列首指針m-q,一般保存在PCB中。
（1） 互斥信號量m-mutex,初值為1，用於互斥訪問消息隊列，在PCB中設置。
（2） 同步信號量m-syn,初值為0，用於消息計數，在PCB中設置。
（3） 發送消息原語send
（4） 接收消息原語receive(a)

4.共享內存（shared memory）：
可以說這是最有用的進程間通信方式。它使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，不同進程可以及時看到對方進程中對共享內存中數據得更新。這種方式需要依靠某種同步操作，如互斥鎖和信號量等。
這種通信模式需要解決兩個問題：第一個問題是怎樣提供共享內存；第二個是公共內存的互斥關系則是程序開發人員的責任。
5.信號量（semaphore）：
主要作為進程之間及同一種進程的不同線程之間得同步和互斥手段。

6.套接字（socket）；
這是一種更為一般得進程間通信機制，它可用於網路中不同機器之間的進程間通信，應用非常廣泛。

http://blog.csdn.net/eroswang/archive/2007/09/04/1772350.aspx
linux下的進程間通信-詳解
詳細的講述進程間通信在這里絕對是不可能的事情，而且筆者很難有信心說自己對這一部分內容的認識達到了什麼樣的地步，所以在這一節的開頭首先向大家推薦著 名作者Richard Stevens的著名作品：《Advanced Programming in the UNIX Environment》，它的中文譯本《UNIX環境高級編程》已有機械工業出版社出版，原文精彩，譯文同樣地道，如果你的確對在Linux下編程有濃 厚的興趣，那麼趕緊將這本書擺到你的書桌上或計算機旁邊來。說這么多實在是難抑心中的景仰之情，言歸正傳，在這一節里，我們將介紹進程間通信最最初步和最 最簡單的一些知識和概念。
首先，進程間通信至少可以通過傳送打開文件來實現，不同的進程通過一個或多個文件來傳遞信息，事實上，在很多應用系統里，都使用了這種方法。但一般說來， 進程間通信（IPC：InterProcess Communication）不包括這種似乎比較低級的通信方法。Unix系統中實現進程間通信的方法很多，而且不幸的是，極少方法能在所有的Unix系 統中進行移植（唯一一種是半雙工的管道，這也是最原始的一種通信方式）。而Linux作為一種新興的操作系統，幾乎支持所有的Unix下常用的進程間通信 方法：管道、消息隊列、共享內存、信號量、套介面等等。下面我們將逐一介紹。

2.3.1 管道
管道是進程間通信中最古老的方式，它包括無名管道和有名管道兩種，前者用於父進程和子進程間的通信，後者用於運行於同一台機器上的任意兩個進程間的通信。
無名管道由pipe（）函數創建：
#include <unistd.h>
int pipe(int filedis[2])；
參數filedis返回兩個文件描述符：filedes[0]為讀而打開，filedes[1]為寫而打開。filedes[1]的輸出是filedes[0]的輸入。下面的例子示範了如何在父進程和子進程間實現通信。

#define INPUT 0
#define OUTPUT 1

void main() {
int file_descriptors[2];
/*定義子進程號 */
pid_t pid;
char buf[256];
int returned_count;
/*創建無名管道*/
pipe(file_descriptors);
/*創建子進程*/
if((pid = fork()) == -1) {
printf("Error in fork\n");
exit(1);
}
/*執行子進程*/
if(pid == 0) {
printf("in the spawned (child) process...\n");
/*子進程向父進程寫數據，關閉管道的讀端*/
close(file_descriptors[INPUT]);
write(file_descriptors[OUTPUT], "test data", strlen("test data"));
exit(0);
} else {
/*執行父進程*/
printf("in the spawning (parent) process...\n");
/*父進程從管道讀取子進程寫的數據，關閉管道的寫端*/
close(file_descriptors[OUTPUT]);
returned_count = read(file_descriptors[INPUT], buf, sizeof(buf));
printf("%d bytes of data received from spawned process: %s\n",
returned_count, buf);
}
}
在Linux系統下，有名管道可由兩種方式創建：命令行方式mknod系統調用和函數mkfifo。下面的兩種途徑都在當前目錄下生成了一個名為myfifo的有名管道：
方式一：mkfifo("myfifo","rw");
方式二：mknod myfifo p
生成了有名管道後，就可以使用一般的文件I/O函數如open、close、read、write等來對它進行操作。下面即是一個簡單的例子，假設我們已經創建了一個名為myfifo的有名管道。
/* 進程一：讀有名管道*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
void main() {
FILE * in_file;
int count = 1;
char buf[80];
in_file = fopen("mypipe", "r");
if (in_file == NULL) {
printf("Error in fdopen.\n");
exit(1);
}
while ((count = fread(buf, 1, 80, in_file)) > 0)
printf("received from pipe: %s\n", buf);
fclose(in_file);
}
/* 進程二：寫有名管道*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
void main() {
FILE * out_file;
int count = 1;
char buf[80];
out_file = fopen("mypipe", "w");
if (out_file == NULL) {
printf("Error opening pipe.");
exit(1);
}
sprintf(buf,"this is test data for the named pipe example\n");
fwrite(buf, 1, 80, out_file);
fclose(out_file);
}

2.3.2 消息隊列
消息隊列用於運行於同一台機器上的進程間通信，它和管道很相似，是一個在系統內核中用來保存消息的隊列，它在系統內核中是以消息鏈表的形式出現。消息鏈表中節點的結構用msg聲明。
事實上，它是一種正逐漸被淘汰的通信方式，我們可以用流管道或者套介面的方式來取代它，所以，我們對此方式也不再解釋，也建議讀者忽略這種方式。

2.3.3 共享內存
共享內存是運行在同一台機器上的進程間通信最快的方式，因為數據不需要在不同的進程間復制。通常由一個進程創建一塊共享內存區，其餘進程對這塊內存區進行 讀寫。得到共享內存有兩種方式：映射/dev/mem設備和內存映像文件。前一種方式不給系統帶來額外的開銷，但在現實中並不常用，因為它控制存取的將是 實際的物理內存，在Linux系統下，這只有通過限制Linux系統存取的內存才可以做到，這當然不太實際。常用的方式是通過shmXXX函數族來實現利 用共享內存進行存儲的。
首先要用的函數是shmget，它獲得一個共享存儲標識符。

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>

int shmget(key_t key, int size, int flag);
這個函數有點類似大家熟悉的malloc函數，系統按照請求分配size大小的內存用作共享內存。Linux系統內核中每個IPC結構都有的一個非負整數 的標識符，這樣對一個消息隊列發送消息時只要引用標識符就可以了。這個標識符是內核由IPC結構的關鍵字得到的，這個關鍵字，就是上面第一個函數的 key。數據類型key_t是在頭文件sys/types.h中定義的，它是一個長整形的數據。在我們後面的章節中，還會碰到這個關鍵字。

當共享內存創建後，其餘進程可以調用shmat（）將其連接到自身的地址空間中。
void *shmat(int shmid, void *addr, int flag);
shmid為shmget函數返回的共享存儲標識符，addr和flag參數決定了以什麼方式來確定連接的地址，函數的返回值即是該進程數據段所連接的實際地址，進程可以對此進程進行讀寫操作。
使用共享存儲來實現進程間通信的注意點是對數據存取的同步，必須確保當一個進程去讀取數據時，它所想要的數據已經寫好了。通常，信號量被要來實現對共享存 儲數據存取的同步，另外，可以通過使用shmctl函數設置共享存儲內存的某些標志位如SHM_LOCK、SHM_UNLOCK等來實現。

2.3.4 信號量
信號量又稱為信號燈，它是用來協調不同進程間的數據對象的，而最主要的應用是前一節的共享內存方式的進程間通信。本質上，信號量是一個計數器，它用來記錄對某個資源（如共享內存）的存取狀況。一般說來，為了獲得共享資源，進程需要執行下列操作：
（1） 測試控制該資源的信號量。
（2） 若此信號量的值為正，則允許進行使用該資源。進程將信號量減1。
（3） 若此信號量為0，則該資源目前不可用，進程進入睡眠狀態，直至信號量值大於0，進程被喚醒，轉入步驟（1）。
（4） 當進程不再使用一個信號量控制的資源時，信號量值加1。如果此時有進程正在睡眠等待此信號量，則喚醒此進程。
維護信號量狀態的是Linux內核操作系統而不是用戶進程。我們可以從頭文件/usr/src/linux/include/linux/sem.h 中看到內核用來維護信號量狀態的各個結構的定義。信號量是一個數據集合，用戶可以單獨使用這一集合的每個元素。要調用的第一個函數是semget，用以獲 得一個信號量ID。

struct sem {
short sempid;/* pid of last operaton */
ushort semval;/* current value */
ushort semncnt;/* num procs awaiting increase in semval */
ushort semzcnt;/* num procs awaiting semval = 0 */
}

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
int semget(key_t key, int nsems, int flag);

key是前面講過的IPC結構的關鍵字，flag將來決定是創建新的信號量集合，還是引用一個現有的信號量集合。nsems是該集合中的信號量數。如果是創建新 集合（一般在伺服器中），則必須指定nsems；如果是引用一個現有的信號量集合（一般在客戶機中）則將nsems指定為0。

semctl函數用來對信號量進行操作。
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg);
不同的操作是通過cmd參數來實現的，在頭文件sem.h中定義了7種不同的操作，實際編程時可以參照使用。

semop函數自動執行信號量集合上的操作數組。
int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t nops);
semoparray是一個指針，它指向一個信號量操作數組。nops規定該數組中操作的數量。

下面，我們看一個具體的例子，它創建一個特定的IPC結構的關鍵字和一個信號量，建立此信號量的索引，修改索引指向的信號量的值，最後我們清除信號量。在下面的代碼中，函數ftok生成我們上文所說的唯一的IPC關鍵字。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/ipc.h>
void main() {
key_t unique_key; /* 定義一個IPC關鍵字*/
int id;
struct sembuf lock_it;
union semun options;
int i;

unique_key = ftok(".", 'a'); /* 生成關鍵字，字元'a'是一個隨機種子*/
/* 創建一個新的信號量集合*/
id = semget(unique_key, 1, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
printf("semaphore id=%d\n", id);
options.val = 1; /*設置變數值*/
semctl(id, 0, SETVAL, options); /*設置索引0的信號量*/

/*列印出信號量的值*/
i = semctl(id, 0, GETVAL, 0);
printf("value of semaphore at index 0 is %d\n", i);

/*下面重新設置信號量*/
lock_it.sem_num = 0; /*設置哪個信號量*/
lock_it.sem_op = -1; /*定義操作*/
lock_it.sem_flg = IPC_NOWAIT; /*操作方式*/
if (semop(id, &lock_it, 1) == -1) {
printf("can not lock semaphore.\n");
exit(1);
}

i = semctl(id, 0, GETVAL, 0);
printf("value of semaphore at index 0 is %d\n", i);

/*清除信號量*/
semctl(id, 0, IPC_RMID, 0);
}

semget()

可以使用系統調用semget()創建一個新的信號量集，或者存取一個已經存在的信號量集：
系統調用：semget();
原型：intsemget(key_t key,int nsems,int semflg);
返回值：如果成功，則返回信號量集的IPC標識符。如果失敗，則返回-1：errno=EACCESS(沒有許可權)
EEXIST(信號量集已經存在，無法創建)
EIDRM(信號量集已經刪除)
ENOENT(信號量集不存在，同時沒有使用IPC_CREAT)
ENOMEM(沒有足夠的內存創建新的信號量集)
ENOSPC(超出限制)
系統調用semget()的第一個參數是關鍵字值（一般是由系統調用ftok()返回的）。系統內核將此值和系統中存在的其他的信號量集的關鍵字值進行比較。打開和存取操作與參數semflg中的內容相關。IPC_CREAT如果信號量集在系統內核中不存在，則創建信號量集。IPC_EXCL當和 IPC_CREAT一同使用時，如果信號量集已經存在，則調用失敗。如果單獨使用IPC_CREAT，則semget()要麼返回新創建的信號量集的標識符，要麼返回系統中已經存在的同樣的關鍵字值的信號量的標識符。如果IPC_EXCL和IPC_CREAT一同使用，則要麼返回新創建的信號量集的標識符，要麼返回-1。IPC_EXCL單獨使用沒有意義。參數nsems指出了一個新的信號量集中應該創建的信號量的個數。信號量集中最多的信號量的個數是在linux/sem.h中定義的：
#defineSEMMSL32/*<=512maxnumofsemaphoresperid*/
下面是一個打開和創建信號量集的程序：
intopen_semaphore_set(key_t keyval,int numsems)
{
intsid;
if(!numsems)
return(-1);
if((sid=semget(mykey,numsems,IPC_CREAT|0660))==-1)
{
return(-1);
}
return(sid);
}
};
==============================================================
semop()

系統調用：semop();
調用原型：int semop(int semid,struct sembuf*sops,unsign ednsops);
返回值：0，如果成功。-1，如果失敗：errno=E2BIG(nsops大於最大的ops數目)
EACCESS(許可權不夠)
EAGAIN(使用了IPC_NOWAIT，但操作不能繼續進行)
EFAULT(sops指向的地址無效)
EIDRM(信號量集已經刪除)
EINTR(當睡眠時接收到其他信號)
EINVAL(信號量集不存在,或者semid無效)
ENOMEM(使用了SEM_UNDO,但無足夠的內存創建所需的數據結構)
ERANGE(信號量值超出范圍)
第一個參數是關鍵字值。第二個參數是指向將要操作的數組的指針。第三個參數是數組中的操作的個數。參數sops指向由sembuf組成的數組。此數組是在linux/sem.h中定義的：
/*semop systemcall takes an array of these*/
structsembuf{
ushortsem_num;/*semaphore index in array*/
shortsem_op;/*semaphore operation*/
shortsem_flg;/*operation flags*/
sem_num將要處理的信號量的個數。
sem_op要執行的操作。
sem_flg操作標志。
如果sem_op是負數，那麼信號量將減去它的值。這和信號量控制的資源有關。如果沒有使用IPC_NOWAIT，那麼調用進程將進入睡眠狀態，直到信號量控制的資源可以使用為止。如果sem_op是正數，則信號量加上它的值。這也就是進程釋放信號量控制的資源。最後，如果sem_op是0，那麼調用進程將調用sleep()，直到信號量的值為0。這在一個進程等待完全空閑的資源時使用。
===============================================================
semctl()

系統調用：semctl();
原型：int semctl(int semid,int semnum,int cmd,union semunarg);
返回值：如果成功，則為一個正數。
如果失敗，則為-1：errno=EACCESS(許可權不夠)
EFAULT(arg指向的地址無效)
EIDRM(信號量集已經刪除)
EINVAL(信號量集不存在，或者semid無效)
EPERM(EUID沒有cmd的權利)
ERANGE(信號量值超出范圍)
系統調用semctl用來執行在信號量集上的控制操作。這和在消息隊列中的系統調用msgctl是十分相似的。但這兩個系統調用的參數略有不同。因為信號量一般是作為一個信號量集使用的，而不是一個單獨的信號量。所以在信號量集的操作中，不但要知道IPC關鍵字值，也要知道信號量集中的具體的信號量。這兩個系統調用都使用了參數cmd，它用來指出要操作的具體命令。兩個系統調用中的最後一個參數也不一樣。在系統調用msgctl中，最後一個參數是指向內核中使用的數據結構的指針。我們使用此數據結構來取得有關消息隊列的一些信息，以及設置或者改變隊列的存取許可權和使用者。但在信號量中支持額外的可選的命令，這樣就要求有一個更為復雜的數據結構。
系統調用semctl()的第一個參數是關鍵字值。第二個參數是信號量數目。
參數cmd中可以使用的命令如下：
·IPC_STAT讀取一個信號量集的數據結構semid_ds，並將其存儲在semun中的buf參數中。
·IPC_SET設置信號量集的數據結構semid_ds中的元素ipc_perm，其值取自semun中的buf

『柒』 linux系統下進程通信的6種方式分別是什麼它們的區別在什麼地方線程通信有幾種方式這是很多人的疑問

管道：管道是一種半雙工的通信方式，數據只能單向流動，而且只能在具有親緣關系的進程間使用。進程的親緣關系通常是指父子進程關系。

信號量 ：信號量是一個計數器，可以用來控制多個進程對共享資源的訪問。它常作為一種鎖機制，防止某進程正在訪問共享資源時，其他進程也訪問該資源。因此，主要作為進程間以及同一進程內不同線程之間的同步手段。

消息隊列：消息隊列是由消息的鏈表，存放在內核中並由消息隊列標識符標識。消息隊列克服了信號傳遞信息少、管道只能承載無格式位元組流以及緩沖區大小受限等缺點。

信號 ：
信號是一種比較復雜的通信方式，用於通知接收進程某個事件已經發生。
共享內存：共享內存就是映射一段能被其他進程所訪問的內存，這段共享內由一個進程創建，多個進程都可以訪問。共享內存是最快的IPC 方式，
它是針對其他進程間通信方式運行效率低而專門設計的。它往往與其他通信機制，如信號量，合使用，來實現進程間的同步和通信。

套接字： 套解口也是一種進程間通信機制，與其他通信機制不同的是，它可用於不同及其間的進程通信

管道可以用於shell重定向，也就是命令管道類似grep
命名管道可以實現通信，通過makefifo傳遞消息
消息隊列也可以實現通信，不過相比命名管道有消息過濾的好處
信號其實就是KILL的應用
信號量是對臨界共享資源的合理調度
共享內存, 就是字面意思共享的內存

而線程通信方式有：互斥鎖，條件變數，讀寫鎖

『捌』 嵌入式系統Linux內核開發實戰指南的目錄

第1部分 嵌入式系統硬體開發
第1章 嵌入式系統概述 2
這一章對嵌入式系統的概念及其特點和應用作了概括介紹，筆者根據自己多年的經驗闡述了對嵌入式系統的理解，並對一些常見的嵌入式處理器的硬體數據進行了比較。
1.1 嵌入式系統概念 2
1.2 嵌入式處理器 3
1.3 嵌入式系統應用 4
1.4 嵌入式系統發展 4
1.5 一些嵌入式處理器的硬體特性比較 5
第2章 ARM處理器概述 16
為了使本書內容完整，從第2章到第7章中的內容大部分是筆者閱讀《ARM體系結構與編程》（詳情參見附錄中的參考文獻）的筆記和心得，把與嵌入式系統開發和Linux內核密切相關的硬體知識進行了概括和整理，本章主要介紹了ARM處理器的特點、ARM處理器的體系架構版本和ARM處理器系列。
2.1 ARM發展歷程 16
2.2 ARM處理器特點 17
2.3 ARM處理器應用 17
2.4 ARM體系架構 18
2.4.1 ARM體系架構版本 18
2.4.2 ARM體系架構變種（Variant） 20
2.4.3 ARM體系架構版本命名格式 22
2.5 ARM處理器 22
2.5.1 ARM7系列處理器 23
2.5.2 ARM9系列處理器 24
2.5.3 ARM9E系列處理器 24
2.5.4 ARM10E系列處理器 25
2.5.5 SecurCore系列處理器 25
2.5.6 StrongARM處理器 26
2.5.7 Xscale處理器 26
第3章 ARM指令及其定址方式 27
本章主要介紹了ARM處理器的指令和定址方式以及ARM匯編偽指令，這是做ARM處理器應用系統底層軟體開發必備的知識。
3.1 ARM處理器的程序狀態寄存器（PSR） 27
3.2 ARM指令的條件碼 28
3.3 ARM指令介紹 29
3.3.1 跳轉指令 29
3.3.2 數據處理指令 30
3.3.3 乘法指令 31
3.3.4 雜類算術指令 32
3.3.5 狀態寄存器訪問指令 32
3.3.6 Load/Store內存訪問指令 33
3.3.7 批量Load/Store內存訪問指令 34
3.3.8 LDREX和STREX指令 35
3.3.9 信號量操作指令 37
3.3.10 異常中斷產生指令 37
3.3.11 ARM協處理器指令 37
3.4 ARM指令定址方式 39
3.4.1 數據處理指令的操作數的定址方式 39
3.4.2 字及無符號位元組的Load/Store指令的定址方式 43
3.4.3 雜類Load/Store指令的定址方式 47
3.4.4 批量Load/Store指令的定址方式 49
3.4.5 協處理器Load/Store指令的定址方式 51
3.4.6 ARM指令的定址方式總結 52
3.5 ARM匯編偽操作（Directive） 53
3.5.1 符號定義偽操作 54
3.5.2 數據定義偽操作 54
3.5.3 匯編控制偽操作 56
3.5.4 棧中數據幀描述偽操作 57
3.5.5 信息報告偽操作 57
3.5.6 其他偽操作 58
3.6 ARM匯編偽指令 59
3.7 Thumb指令介紹 60
第4章 ARM處理器內存管理單元（MMU） 61
本章主要介紹了ARM處理器內存管理單元（MMU）的工作原理，Linux內存管理功能是通過處理器硬體MMU實現的，在沒有MMU的處理器系統中，Linux只能工作在物理地址模式，沒有虛擬（線性）地址空間的概念。
4.1 ARM處理器中CP15協處理器的寄存器 61
4.1.1 訪問CP15寄存器的指令 61
4.1.2 CP15寄存器介紹 62
4.2 MMU簡介 70
4.3 系統訪問存儲空間的過程 71
4.3.1 使能MMU時的情況 71
4.3.2 禁止MMU時的情況 71
4.3.3 使能/禁止MMU時應注意的問題 72
4.4 ARM處理器地址變換過程 72
4.4.1 MMU的一級映射描述符 73
4.4.2 MMU的二級映射描述符 74
4.4.3 基於段的地址變換過程 75
4.4.4 粗粒度大頁地址變換過程 75
4.4.5 粗粒度小頁地址變換過程 76
4.4.6 細粒度大頁地址變換過程 76
4.4.7 細粒度小頁地址變換過程 77
4.4.8 細粒度極小頁地址變換過程 77
4.5 ARM存儲空間訪問許可權控制 78
4.6 TLB操作 79
4.6.1 使TLB內容無效 79
4.6.2 鎖定TLB內容 79
4.6.3 解除TLB中被鎖定的地址變換條目 80
4.7 存儲訪問失效 80
4.7.1 MMU失效（MMU Fault） 80
4.7.2 外部存儲訪問失效（External Abort） 81
第5章 ARM處理器的Cache和Write Buffer 82
本章主要介紹了ARM處理器高速緩存（Cache）和寫緩存（Write Buffer）的工作原理，使讀者了解如何提高處理器的性能。
5.1 Cache和Write Buffer一般性介紹 82
5.1.1 Cache工作原理 82
5.1.2 地址映像方式 83
5.1.3 Cache寫入方式原理簡介 84
5.1.4 關於Write-through和Write-back 85
5.1.5 Cache替換策略 86
5.1.6 使用Cache的必要性 87
5.1.7 使用Cache的可行性 87
5.2 ARM處理器中的Cache和Write Buffer 88
5.2.1 基本概念 88
5.2.2 Cache工作原理 88
5.2.3 Cache地址映射和變換方法 89
5.2.4 Cache分類 90
5.2.5 Cache替換演算法 91
5.2.6 Cache內容鎖定 91
5.2.7 MMU映射描述符中B位和C位的含義 92
5.2.8 Cache和Writer Buffer編程介面 93
5.3 ARM處理器的快速上下文切換技術 94
5.3.1 FCSE概述 94
5.3.2 FCSE原理 94
5.3.3 FCSE編程介面 95
第6章 ARM處理器存儲訪問一致性問題 97
本章介紹了在支持MMU、Cache和DMA的系統中可能出現的存儲訪問一致性問題，以及Linux中解決類似問題的方法。
6.1 存儲訪問一致性問題介紹 97
6.1.1 地址映射關系變化造成的數據不一致性 97
6.1.2 指令cache的數據不一致性問題 98
6.1.3 DMA造成的數據不一致問題 99
6.1.4 指令預取和自修改代碼 99
6.2 Linux中解決存儲訪問一致性問題的方法 99
第7章 ARM處理器工作模式與異常中斷處理 101
本章主要介紹了ARM處理器的工作模式和異常中斷處理過程，這是ARM處理器系統啟動程序編寫者或Bootloader開發人員的必備知識。
7.1 ARM處理器工作模式 101
7.2 ARM處理器異常中斷向量表和優先順序 103
7.3 ARM處理器異常中斷處理 104
7.3.1 進入異常中斷處理 104
7.3.2 退出異常中斷處理 105
7.4 ARM處理器的中斷（IRQ或FIQ） 109
第8章 ARM處理器啟動過程 110
本章根據筆者的開發經驗介紹了ARM處理器系統的啟動過程以及編寫ARM處理器系統啟動程序需要注意的事項。
8.1 ARM處理器上電/復位操作 110
8.2 ARM處理器系統初始化過程 111
8.3 ARM處理器系統初始化編程注意事項 111
第9章 嵌入式系統設計與調試 113
本章根據筆者10多年的開發經驗介紹了嵌入式系統的設計流程和調試方法，列舉了大量筆者工作中碰到的實際案例。本章內容對於嵌入式系統硬體開發和調試有較高的參考、指導價值。
9.1 嵌入式系統設計流程 113
9.2 嵌入式系統硬體原理設計與審核 114
9.3 硬體設計工具軟體 117
9.4 嵌入式系統調試模擬工具 117
9.5 嵌入式系統調試診斷方法 118
第10章 自製簡易JTAG下載燒寫工具 123
本章根據筆者自己製作簡易JTAG線纜的經驗，介紹了簡易JTAG線纜的硬體原理和軟體流程，這是初學者必備的最廉價的工具，必須掌握。
10.1 JTAG簡介 123
10.1.1 一些基本概念 124
10.1.2 JTAG介面信號 124
10.1.3 TAP控制器的狀態機 125
10.1.4 JTAG介面指令集 129
10.2 簡易JTAG線纜原理 130
10.2.1 PC並口定義 130
10.2.2 PC並口的寄存器 131
10.2.3 簡易JTAG線纜原理圖 133
10.2.4 簡易JTAG線纜燒寫連接圖（見圖10-5） 134
10.3 簡易JTAG燒寫代碼分析 135
10.3.1 簡易JTAG燒寫程序（flashp）使用說明 135
10.3.2 flash與CPU連接及flash屬性描述文件 136
10.3.3 簡易JTAG燒寫程序的執行邏輯和流程 138
第2部分 Linux內核開發初步
第11章 Bootloader 142
本章根據筆者的工作經驗介紹了流行的幾種Bootloader、Bootloader應該具備的基本功能以及Bootloader的裁剪與移植。
11.1 Bootloader的任務和作用 142
11.2 各種各樣的Bootloader 143
11.3 Bootloader編譯環境 144
11.4 Bootloader的移植與裁減 145
11.5 編譯Bootloader 145
11.6 燒寫Bootloader 146
11.7 Bootloader使用舉例 148
11.8 Bootloader修改舉例 149
第12章 創建嵌入式Linux開發環境 151
本章介紹了如何創建嵌入式系統Linux內核交叉開發環境，本章和後續3章的內容是嵌入式系統Linux內核開發的基礎，必須掌握。
12.1 安裝Linux host 151
12.2 在虛擬機中安裝Linux host 152
12.3 安裝Linux交叉編譯環境 157
12.4 在主機上設置TFTP Server 160
12.5 在主機上設置DHCP Server 161
12.6 在主機上設置Telnet server 161
12.7 在開發過程中使用NFS 162
12.8 設置超級終端 163
第13章 編譯Linux內核 166
本章介紹了Linux內核的配置和編譯方法。
13.1 獲取Linux內核源代碼 166
13.2 Linux內核目錄結構 166
13.3 配置Linux內核 167
13.4 編譯Linux內核 168
第14章 創建Linux根文件系統 170
本章介紹了Linux的根文件系統的結構以及創建根文件系統的方法。
14.1 根文件系統概述 170
14.2 根文件系統目錄結構 171
14.3 獲取根文件系統組件源代碼 171
14.4 編譯根文件系統源代碼 171
14.5 創建一個32MB的RAMDISK根文件系統 173
14.6 在根文件系統中添加驅動模塊或者應用程序 173
第15章 固化Linux內核和根文件系統 174
本章介紹了固化（燒寫）Linux內核和根文件系統的方法。
第16章 關於Clinux 176
本章簡要介紹了Clinux與標准Linux的區別。
16.1 Clinux簡介 176
16.2 Clinux源代碼目錄結構 177
16.3 Clinux與標准Linux的區別 178
16.4 編譯Clinux 179
第3部分 Linux 2.6內核原理
第17章 Linux 2.6.10@ARM啟動過程 182
本章以start_kernel()和init()函數中調用到的函數說明的方式，介紹了從Linux匯編代碼入口到init內核進程最後調用用戶空間init命令的Linux整個啟動過程。本章內容是筆者第一次閱讀Linux內核源代碼時對這些函數的注釋，僅供讀者了解start_kernel()和init()函數中調用到的每個函數的大致功能時使用。
17.1 Linux 2.6.10中與ARM處理器平台硬體相關的結構和全局變數 182
17.1.1 相關數據結構 182
17.1.2 相關全局變數 187
17.2 Linux匯編代碼入口 189
17.3 Linux匯編入口處CPU的狀態 189
17.4 start_kernel()函數之前的匯編代碼執行過程 190
17.5 start_kernel()函數中調用的函數介紹 192
17.5.1 lock_kernel()函數 192
17.5.2 page_address_init()函數 192
17.5.3 printk(linux_banner) 193
17.5.4 setup_arch(&command_line)函數 193
17.5.5 setup_per_cpu_areas()函數 198
17.5.6 smp_prepare_boot_cpu()函數 199
17.5.7 sched_init()函數 199
17.5.8 build_all_zonelists()函數 200
17.5.9 page_alloc_init()函數 200
17.5.10 printk(Kernel command line: %s , saved_command_line) 201
17.5.11 parse_early_param()函數 201
17.5.12 parse_args()函數 201
17.5.13 sort_main_extable()函數 202
17.5.14 trap_init()函數 202
17.5.15 rcu_init()函數 202
17.5.16 init_IRQ()函數 203
17.5.17 pidhash_init()函數 203
17.5.18 init_timers()函數 203
17.5.19 softirq_init()函數 204
17.5.20 time_init()函數 204
17.5.21 console_init()函數 205
17.5.22 profile_init()函數 206
17.5.23 local_irq_enable()函數 207
17.5.24 vfs_caches_init_early()函數 207
17.5.25 mem_init()函數 208
17.5.26 kmem_cache_init()函數 210
17.5.27 numa_policy_init()函數 225
17.5.28 calibrate_delay()函數 227
17.5.29 pidmap_init()函數 228
17.5.30 pgtable_cache_init()函數 229
17.5.31 prio_tree_init()函數 229
17.5.32 anon_vma_init()函數 229
17.5.33 fork_init(num_physpages)函數 229
17.5.34 proc_caches_init()函數 230
17.5.35 buffer_init()函數 231
17.5.36 unnamed_dev_init()函數 231
17.5.37 security_init()函數 231
17.5.38 vfs_caches_init(num_physpages)函數 232
17.5.39 radix_tree_init()函數 237
17.5.40 signals_init()函數 237
17.5.41 page_writeback_init()函數 237
17.5.42 proc_root_init()函數 238
17.5.43 check_bugs()函數 240
17.5.44 acpi_early_init()函數 244
17.5.45 rest_init()函數 244
17.6 init()進程執行過程 265
17.6.1 smp_prepare_cpus(max_cpus)函數 265
17.6.2 do_pre_smp_initcalls()函數 265
17.6.3 fixup_cpu_present_map()函數 267
17.6.4 smp_init()函數 267
17.6.5 sched_init_smp()函數 268
17.6.6 populate_rootfs()函數 268
17.6.7 do_basic_setup()函數 283
17.6.8 sys_access()函數 292
17.6.9 free_initmem()函數 301
17.6.10 unlock_kernel()函數 301
17.6.11 numa_default_policy()函數 302
17.6.12 sys_p()函數 302
17.6.13 execve()函數 302
第18章 Linux內存管理 305
從本章開始，筆者將帶領讀者走進神秘的Linux內核世界。筆者在閱讀內核源代碼以及兩本相關參考書（見參考文獻）的基礎上，以自己的理解和語言總結概括了Linux內核每個組件的原理。筆者對與每個內核組件相關的關鍵數據結構和全局變數作了盡量詳盡的說明，並且對核心函數進行了詳細注釋，在向讀者灌輸理論知識的同時引導讀者自己去閱讀、分析Linux內核源代碼。本章講解了Linux內核第一大核心組件「內存管理」的原理和實現內幕。
18.1 Linux內存管理概述 305
18.1.1 Linux內存管理的一些基本概念 305
18.1.2 內存管理相關數據結構 309
18.1.3 內存管理相關宏和全局變數 330
18.1.4 Linux內存管理的任務 341
18.1.5 Linux中的物理和虛擬存儲空間布局 341
18.2 為虛擬（線性地址）存儲空間建立頁表 345
18.3 設置存儲空間的訪問控制屬性 348
18.4 Linux中的內存分配和釋放 350
18.4.1 在系統啟動初期申請內存 350
18.4.2 系統啟動之後的內存分配與釋放 360
第19章 Linux進程管理 480
本章講解了Linux內核第二大核心組件「進程管理」的原理和實現內幕。
19.1 進程管理概述 480
19.1.1 進程相關概念 480
19.1.2 進程分類 481
19.1.3 0號進程 481
19.1.4 1號進程 481
19.1.5 其他一些內核線程 482
19.1.6 進程描述符（struct task_struct） 482
19.1.7 進程狀態 482
19.1.8 進程標識符（PID） 483
19.1.9 current宏定義 484
19.1.10 進程鏈表 484
19.1.11 PID hash表和鏈表 485
19.1.12 硬體上下文（Hardware Context） 485
19.1.13 進程資源限制 485
19.1.14 進程管理相關數據結構 486
19.1.15 進程管理相關宏定義 502
19.1.16 進程管理相關全局變數 514
19.2 進程管理相關初始化 520
19.3 進程創建與刪除 529
19.4 進程調度 551
19.4.1 進程類型 553
19.4.2 進程調度類型 554
19.4.3 基本時間片計算方法 555
19.4.4 動態優先順序演算法 556
19.4.5 互動式進程 556
19.4.6 普通進程調度 557
19.4.7 實時進程調度 557
19.4.8 進程調度函數分析 558
19.5 進程切換 576
19.6 用戶態進程間通信 581
19.6.1 信號（Signal） 581
19.6.2 管道（pipe）和FIFO（命名管道） 627
19.6.3 進程間通信原語（System V IPC） 641
第20章 Linux文件管理 651
本章講解了Linux內核第三大核心組件「文件系統」的原理和實現內幕。
20.1 文件系統概述 651
20.1.1 Linux文件管理相關概念 652
20.1.2 Linux文件管理相關數據結構 657
20.1.3 Linux文件管理相關宏定義 682
20.1.4 Linux文件管理相關全局變數 691
20.2 文件管理相關初始化 699
20.3 文件系統類型注冊 711
20.4 掛接文件系統 712
20.5 文件系統類型超級塊讀取 730
20.5.1 get_sb_single()通用超級塊讀取函數 731
20.5.2 get_sb_nodev()通用超級塊讀取函數 737
20.5.3 get_sb_bdev()通用超級塊讀取函數 738
20.5.4 get_sb_pseudo()通用超級塊讀取函數 740
20.6 路徑名查找 747
20.7 訪問文件操作 759
20.7.1 打開文件 759
20.7.2 關閉文件 766
20.7.3 讀文件 768
20.7.4 寫文件 785
20.8 非同步I/O系統調用 792
20.9 Linux特殊文件系統 792
20.9.1 rootfs文件系統 793
20.9.2 sysfs文件系統 797
20.9.3 devfs設備文件系統 800
20.9.4 bdev塊設備文件系統 803
20.9.5 ramfs文件系統 804
20.9.6 proc文件系統 804
20.10 磁碟文件系統 813
20.10.1 ext2文件系統相關數據結構 813
20.10.2 ext2文件系統磁碟分區格式 819
20.10.3 ext2文件系統的各種文件 820
20.10.4 創建ext2文件系統 821
20.10.5 ext2文件系統的操作方法 822
20.11 關於initramfs 824
20.11.1 initramfs概述 824
20.11.2 initramfs與initrd的區別 824
20.11.3 initramfs相關全局變數 825
20.11.4 initramfs被編譯鏈接的位置 825
20.11.5 initramfs文件的生成過程 825
20.11.6 initramfs二進制文件格式說明（cpio格式） 828
20.11.7 initramfs二進制文件和列表文件對照示例 829
20.11.8 initramfs利弊 830
20.12 關於initrd 830
20.12.1 initrd概述 830
20.12.2 initrd相關全局變數 831
20.13 關於gzip壓縮文件 832
第21章 Linux模塊設計 834
本章講解了Linux內核模塊程序與應用程序的區別以及如何編寫和載入Linux內核模塊程序。
21.1 Linux模塊設計概述 834
21.2 Linux的內核空間和用戶空間 834
21.3 內核模塊與應用程序的區別 835
21.4 編譯模塊 837
21.5 裝載和卸載模塊 837
21.6 模塊層疊 838
21.7 模塊版本依賴 839
21.8 模塊編程示例 839
第22章 Linux系統異常中斷管理 841
本章講解了Linux內核如何管理系統異常中斷以及Linux系統調用的實現內幕。
22.1 Linux異常中斷處理 841
22.2 指令預取和數據訪問中止異常中斷處理 849
22.2.1 指令預取中止異常中斷處理 850
22.2.2 數據訪問中止異常中斷處理 858
22.3 Linux中斷處理 863
22.3.1 內核模式下的中斷處理 863
22.3.2 用戶模式下的中斷處理 867
22.4 從中斷返回 868
22.5 Linux中斷管理 869
22.5.1 Linux中斷管理相關數據結構與全局變數 870
22.5.2 Linux中斷管理初始化 872
22.5.3 安裝和卸載中斷處理程序 874
22.5.4 使能和禁止中斷 878
22.6 Linux系統調用 880
22.6.1 Linux系統調用內核實現過程 880
22.6.2 從系統調用返回 889
22.6.3 Linux系統調用用戶程序介面函數 890
22.6.4 Linux系統調用用戶介面函數與內核實現函數之間參數傳遞 899
第23章 Linux軟中斷和工作隊列 901
本章講解了Linux內核中的兩種延遲處理機制「軟中斷」和「工作隊列」的原理和實現。
23.1 概述 901
23.2 Linux軟中斷 902
23.2.1 軟中斷相關數據結構和全局變數 903
23.2.2 軟中斷初始化 904
23.2.3 軟中斷的核心操作函數do_softirq() 908
23.2.4 軟中斷看護進程執行函數ksoftirqd() 912
23.2.5 如何使用軟中斷 913
23.3 Linux工作隊列 918
23.3.1 Linux工作隊列相關數據結構和全局變數 918
23.3.2 Linux工作隊列初始化 921
23.3.3 將工作加入到工作隊列中 924
23.3.4 工作者進程執行函數worker_thread() 928
23.3.5 使用Linux工作隊列 931
第24章 Linux並發與競態 933
本章講解了Linux內核同步機制，包括幾種鎖定技術以及免鎖演算法。
24.1 並發與競態概述 933
24.1.1 Linux中的並發源 934
24.1.2 競態可能導致的後果 934
24.1.3 避免競態的規則 934
24.2 消除競態的「鎖定」技術 935
24.2.1 信號量（semphore）和互斥體（mutual exclusion） 935
24.2.2 讀寫信號量（rw_semaphore） 938
24.2.3 完成量（completion） 941
24.2.4 自旋鎖（spinlock_t） 942
24.2.5 讀寫自旋鎖（rwlock_t） 946
24.2.6 使用「鎖定」技術的注意事項 949
24.3 消除競態的非「鎖定」方法 949
24.3.1 免鎖演算法 949
24.3.2 原子操作 950
24.3.3 位操作 951
24.3.4 順序鎖 952
24.3.5 讀-復制-更新（Read-Copy-Update，RCU） 954
第25章 Linux設備驅動程序 958
本章講解了Linux內核第四大核心組件「設備驅動」的原理和實現內幕。同時還總結歸納了編寫各種設備驅動程序的方法和步驟。
25.1 設備驅動程序概述 958
25.1.1 設備驅動程序組成部分 959
25.1.2 設備號 959
25.1.3 設備文件 960
25.1.4 編寫設備驅動程序的關鍵 961
25.2 字元設備驅動程序 961
25.2.1 字元設備相關數據結構 961
25.2.2 字元設備相關全局變數 963
25.2.3 字元設備驅動程序全局初始化 963
25.2.4 為字元設備分配設備號 964
25.2.5 注冊字元設備驅動程序 968
25.2.6 字元設備的操作方法 971
25.2.7 用戶對字元設備驅動程序的調用過程 972
25.2.8 如何編寫字元設備驅動程序 974
25.2.9 關於TTY設備驅動程序 974
25.2.10 控制台設備驅動程序 975
25.3 塊設備驅動程序 986
25.3.1 塊設備相關數據結構 986
25.3.2 塊設備相關宏定義 997
25.3.3 塊設備相關全局變數 999
25.3.4 塊設備驅動程序全局初始化 1004
25.3.5 為塊設備分配主設備號 1006
25.3.6 注冊塊設備驅動程序 1009
25.3.7 塊設備驅動程序的操作方法 1017
25.3.8 調用塊設備驅動程序過程 1017
25.3.9 I/O調度 1031
25.3.10 如何編寫塊設備驅動程序 1032
25.4 網路設備驅動程序 1033
25.4.1 網路設備驅動程序概述 1033
25.4.2 網路設備相關數據結構 1034
25.4.3 網路設備相關宏定義 1044
25.4.4 網路設備相關全局變數 1045
25.4.5 創建net_device結構 1046
25.4.6 注冊網路設備 1048
25.4.7 網路設備的操作方法 1050
25.4.8 網路設備中斷服務程序 1051
25.4.9 如何編寫網路設備驅動程序 1051
25.5 PCI設備驅動程序 1052
25.5.1 PCI介面定義 1053
25.5.2 PCI設備的三個地址空間 1057
25.5.3 PCI匯流排仲裁 1058
25.5.4 PCI設備編號 1059
25.5.5 如何訪問PCI配置空間 1059
25.5.6 如何配置PCI設備 1061
25.5.7 PCI驅動程序相關數據結構 1062
25.5.8 PCI驅動程序相關宏定義 1068
25.5.9 PCI驅動程序相關全局變數 1068
25.5.10 Bootloader和內核做的事 1069
25.5.11 PCI驅動程序注冊 1069
25.5.12 PCI驅動程序介面函數 1071
25.5.13 如何編寫PCI驅動程序 1072
第4部分 Linux內核開發高級指南
第26章 Linux系統參數設置 1076
從本章開始的後續章節主要講解了比較高級或者平時較少關注的Linux內核方面的知識，本章講解了Linux中的4種系統參數格式和設置方法。
26.1 旗語系統參數（tag） 1076
26.1.1 與旗語系統參數相關數據結構和全局變數 1076
26.1.2 旗語系統參數說明 1082
26.1.3 旗語系統參數設置方法 1084
26.2 前期命令行設置的系統參數 1084
26.2.1 與前期命令行系統參數相關數據結構和全局變數 1084
26.2.2 前期命令行設置的系統參數說明 1085
26.2.3 前期命令行系統參數設置方法 1086
26.2.4 如何添加自己的前期命令行設置的系統參數 1087
26.3 老式命令行系統參數 1087
26.3.1 與老式命令行系統參數相關數據結構和全局變數 1087
26.3.2 老式命令行設置的系統參數說明 1088
26.3.3 老式命令行設置的系統參數設置方法 1089
26.3.4 如何添加自己的老式命令行設置的系統參數 1089
26.4 命令行系統參數 1089
26.4.1 與命令行系統參數相關數據結構和全局變數 1089
26.4.2 命令行設置的系統參數說明 1090
26.4.3 命令行設置的系統參數設置方法 1090
第27章 Linux內核調試 1091
本章介紹了Linux內核的調試方法。
27.1 打開Linux內核及其各模塊自帶的調試開關 1091
27.2 內核剖析（Profiling） 1093
27.3 通過列印調試（printk） 1095
27.3.1 關於printk() 1095
27.3.2 內核信息級別 1096
27.3.3 列印速度限制 1097
27.3.4 控制台重定向 1098
27.4 使用proc文件系統調試 1098
27.5 oops消息 1098
27.6 通過跟蹤命令strace調試 1099
27.7 使用gdb、kdb、kgdb調試 1099
第28章 Linux內核移植 1101
本章介紹了Linux內核的移植方法。
第29章 Linux內核優化 1104
本章介紹了Linux內核的優化方法。
29.1 編譯優化 1104
29.2 根據CPU特性進行優化 1105
29.3 對內核進行裁減 1105
29.4 優化系統內存配置 1106
29.5 優化系統啟動過程以縮減系統啟動時間 1106
29.6 內存映射優化 1107
29.7 工具軟體輔助優化 1107
第30章 Linux定時器 1109
本章介紹了Linux內核的軟體定時器。
30.1 定時器相關數據結構 1109
30.2 定時器相關宏定義 1111
30.3 定時器相關全局變數 1112
30.4 定時器和時鍾初始化 1113
30.5 獲取系統時間 1114
30.6 延遲函數 1115
30.7 與定時器相關系統調用 1115
30.8 使用定時器方法 1116
第31章 雜項 1117
本章介紹了PER_CPU變數以及Linux中的數據類型定義。
31.1 per_cpu變數 1117
31.2 Linux中的數據類型定義 1118
第32章 編譯鏈接文件說明 1119
本章注釋了ARM處理器系統中Linux內核的鏈接文件，以幫助讀者了解編譯出來的Linux內核各區段在內存中的存放位置。
參考文獻 1125