آموزش همگام سازی در برنامه نویسی هسته لینوکس

سرفصل ها و درس ها

همزمانی Concurrency

• مسئله Problem

• مقدمه ای بر همزمانی Introduction to concurrency

• پیشینه چند پردازش Background of Multiprocessing

• Preemption و سوئیچ زمینه در کرنل لینوکس Preemption and context switch in Linux Kernel

• Preemption در فضای کاربر و هسته Preemption in user and kernel space

• چه زمانی ممکن است پیش‌پرداخت هسته اتفاق بیفتد When can kernel preemption happen

• نمونه ای از Preemption هسته Example of kernel preemption

• ورود مجدد Reentrancy

• همگام سازی شرایط مسابقه و مناطق بحرانی Synchronization Race Condition and critical regions

• علل همزمانی Causes of concurrency

• راه حل برای همزمانی Solution for concurrency

• حداکثر تعداد پردازنده ها را در Kernel بیابید Find out maximum number of processors in Kernel

• دریابید که کدام پردازنده در حال اجرای مسیر کنترل هسته است Find out which processor is running kernel control path

• ماژول هسته لینوکس مثالی از شناسه پردازنده هسته Thread Linux Kernel Module Example of processor id of Kernel Thread

• ماژول هسته لینوکس مثالی از شناسه پردازنده در سیستم تک پردازنده Linux Kernel Module Example of processor id on uniprocessor system

متغیرهای هر CPU Per CPU Variables

• معرفی Introduction

• نمونه ای از متغیرهای هر CPU Example of Per CPU variables

• رابط جدید متغیرهای هر CPU New Interface of Per CPU Variables

• نمونه ای از رابط جدید متغیرهای هر CPU Example of new interface of Per CPU Variables

• نمونه ای از هر cpu Example of per cpu

• نمونه ای از for_each_online_cpu Example of for_each_online_cpu

• تخصیص داده به ازای هر cpu در زمان اجرا Allocating per cpu data at runtime

• مشکل با متغیرهای هر CPU Problems with Per CPU Variables

اپراتورهای اتمی Atomic Operators

• مشکل Read Modify Write Problem Read Modify Write

• مقدمه ای بر اپراتورهای اتمی Introduction to Atomic Operators

• نمونه ای از اپراتورهای اتمی Example of Atomic Operators

• کاربردهای رایج عملیات اتمی Common uses of Atomic Operations

• عملیات اتمی و آزمایش Atomic Operation and test

• جمع اتمی تفریق و برگرداندن Atomic add subtract and return

• عملیات اتمی بیشتر More Atomic Operations

• عملیات اتمی 64 بیتی 64-bit Atomic Operations

• عملیات بیتی اتمی Atomic bitwise operations

• عملیات بیتی اتمی با مقدار بازگشتی Atomic bitwise operations with return value

• عملیات بیتی غیر اتمی Non Atomic bitwise operations

قفل چرخشی Spin Locks

• معرفی Introduction

• Spinlock API Spinlock API's

• راه اندازی اسپینلاک Initializing spinlock

• Spinlock مثالی از دو رشته هسته Spinlock Example of two kernel threads

• چه اتفاقی می‌افتد اگر قفلی را که قبلاً توسط CPU نگه داشته شده است به دست بیاورم What happens if i acquire a lock which is already held by CPU

• اجرای busyloop با استفاده از spinlock در درایورهای char Implement busyloop using spinlock in char drivers

• spin_trylock spin_trylock

• آیا می توانم از spinlock استفاده کنم اگر منبع بین فرآیند و زمینه وقفه مشترک باشد؟ Can i use spinlock if resource is shared between process and interrupt context

• آیا پیش‌پرداخت هسته زمانی که قفل چرخشی به دست می‌آید غیرفعال است؟ Is kernel preemption disabled when spinlock is acquired

• نکات مهمی که هنگام استفاده از اسپینلاک باید در نظر بگیرید Important points to consider while using spinlock

• مثال فراخوانی msleep در بخش بحرانی Example of calling msleep in critical section

• Will Spinlock در سیستم تک پردازنده وجود دارد Will spinlock exists on uniprocessor system

• اجرای اسپینلاک Implementation of spinlock

سمافور Semaphore

• معرفی Introduction

• اجرای سمافور Implementation of semaphore

• انواع سمافور Types of semaphores

• آیا می توانم از سمافورهای شمارش در بخش بحرانی استفاده کنم؟ Can I use counting semaphores in critical section

• Semaphore API Semaphore API

• نمونه ماژول هسته لینوکس با استفاده از API سمافور Linux Kernel Module Example using semaphore API

• مثال ماژول هسته لینوکس با استفاده از پایین و بالا Linux Kernel Module Example using down and up

• مثال ماژول هسته لینوکس که دو بار خاموش می شود Linux Kernel Module Example calling down twice

• ماژول هسته لینوکس نمونه ای از مصرف کننده تولید کننده Linux Kernel Module Example of producer consumer

• down_interruptible down_interruptible

• down_trylock down_trylock

• down_timeout down_timeout

• پایین_کشنده down_killable

• نکات مهم هنگام استفاده از سمافور Important points while using semaphore

• اسپینلاک در مقابل سمافور` spinlock vs semaphore`

موتکس Mutex

• معرفی Introduction

• Mutex در مقابل سمافور Mutex vs semaphore

• پیاده سازی Mutex در کرنل لینوکس Mutex Implementation in Linux Kernel

• Mutex API Mutex API

• نمونه ماژول هسته لینوکس با استفاده از مقداردهی اولیه پویا mutex API Linux Kernel Module Example using mutex API dynamic initialization

• نمونه ماژول هسته لینوکس با استفاده از مقداردهی اولیه استاتیک API mutex Linux Kernel Module Example using mutex API static initialization

• نمونه ماژول هسته لینوکس که خواب فراخوانی را در بخش بحرانی نشان می دهد Linux Kernel Module Example demonstrating calling sleep in critical section

• mutex_trylock mutex_trylock

• چه اتفاقی می‌افتد وقتی رشته‌های دیگر mutex را باز کند What happens when other thread calls unlock mutex

• در حال امتحان قفل‌های mutex بازگشتی Trying recursive mutex locks

• mutex_is_locked mutex_is_locked

• بین سمافور و موتکس کدام را انتخاب می کنید Which one do you choose between semaphore and mutex

• بین spinlock و mutex کدام را انتخاب می کنید Which one do you choose between spinlock and mutex

قفل نوشتن را بخوانید Read Write Locks

• بیان مسأله Problem Statement

• راه حل Solution

• مقدمه ای بر ReadWrite Spinlock Introduction to ReadWrite Spinlock

• مثال ماژول هسته لینوکس با استفاده از RW Spinlock API Linux Kernel Module Example using RW Spinlock API

• وقتی یکی پس از دیگری قفل خواندن و نوشتن قفل را صدا می زنیم چه اتفاقی می افتد What happens when we call read lock and write lock one after another

• قفل خواندن بازگشتی Recursive read locks

• وقتی نویسنده منتظر است و خواننده از راه می رسد چه اتفاقی می افتد What happens when writer is waiting and reader arrives

• مثال ماژول هسته لینوکس با استفاده از RWLOCKS با 3 رشته هسته Linux Kernel Module Example using RWLOCKS with 3 kernel threads

• مثال ماژول هسته لینوکس با استفاده از RWLOCKS با 4 رشته هسته Linux Kernel Module Example using RWLOCKS with 4 kernel threads

Semaphores RWLocks Semaphores RWLocks

• مقدمه ای بر ReadWrite Semaphores Introduction to ReadWrite Semaphores

• ReadWrite Semaphore API ReadWrite Semaphore API

• down_read_trylock و down_write_trylock down_read_trylock and down_write_trylock

• downgrade_write downgrade_write

• قفل نوشتن بازگشتی Recursive write locks

• مثال ماژول هسته لینوکس با استفاده از موضوعات متعدد Linux Kernel Module Example using multiple threads

قفل های متوالی Sequential Locks

• مسئله Problem

• راه حل Solution

• قفل های دنباله ای Sequence Locks

• Sequence Locks چگونه کار می کند How Sequence Locks works

• عملیات را در قفل ترتیبی بنویسید Write operation in sequence lock

• خواندن عملیات در قفل ترتیبی Read operation in sequence lock

• مثال ماژول هسته لینوکس با استفاده از قفل ترتیبی Linux Kernel Module Example using sequence lock

• آیا Preemption هسته با استفاده از قفل دنباله غیرفعال است Is Kernel Preemption Disabled using sequence lock

• محدودیت قفل های توالی Limitation of sequence locks

• Sequence Locks در هسته لینوکس Sequence Locks in Linux kernel

• توالی در وقفه قفل می شود Sequence locks in interrupts

قفل های RCU RCU Locks

• معرفی Introduction

• لینکدلیست مثال نحوه حذف قفل گره رایگان Linkedlist example of how to delete node lock free

• طراحی RCU RCU Design

• چرا باید از rcu_assign_pointer استفاده کنم Why should i use rcu_assign_pointer

• خواندن عملیات در RCU Read operation in RCU

• چرا باید از rcu_dereference استفاده کنم Why should i use rcu_dereference

• ماژول هسته لینوکس مثال 1 از موضوعات خواندن و نوشتن Linux Kernel Module example 1 of read and write threads

• ماژول هسته لینوکس مثال 2 از موضوعات خواندن و نوشتن Linux Kernel Module example 2 of read and write threads

• چه زمانی باید حافظه را آزاد کنیم When should we free memory

• synchronize_rcu synchronize_rcu

• call_rcu call_rcu

• آیا می‌توان بخش‌های حساس جانبی خواندن rcu را تودرتو کرد Can rcu read side critical sections be nested

• synchronize_rcu چگونه در داخل کار می کند How does synchronize_rcu works internally

• اصطلاحات RCU RCU Terminology

• انواع RCU برای لیست های پیوندی RCU variants for Linked Lists

• نمونه ماژول هسته لینوکس از لیست های مرتبط با rcu Linux Kernel Module example of rcu linked lists

• مزایای RCU Advantages of RCU

• پرسش و پاسخ Question and Answer

دانلودها Downloads

• یادداشت Notes