系统调用是否是线程安全的吗？

Question

我已经编写了一个内核模块，它是一个字符设备驱动程序，类似于this Link。该驱动程序具有一个内部结构，例如：

struct {
    str[500];
}channelData;

static channelData chData[4];

因此，我有一个使用此驱动程序的多线程应用程序，我目前通过以下方式使用该驱动程序：

typedef struct
{
        int channelId;
        int len;
        char arg[100];
} driverArgs;

class DevDrv{
    static void STR_READ(int channelId, char *data);
    static void STR_SEND(int channelId, char *data,int len);
};

void DevDrv::STR_READ(int channelId, char *data)
{
    driverArgs arg= {-1,0, {0}};
    arg.channelId = channelId;
    ioctl(mfilehandler,IOCTL_STR_READ,&arg);
    memcpy(data,arg.arg,arg.len)

}
void DevDrv::STR_SEND(int channelId, char *data,int len)
{
    driverArgs arg= {-1,0, {0}};
    arg.channelId = channelId;
    arg.len=len;
    memcpy(arg.arg,data,len);
    ioctl(mfilehandler,IOCTL_STR_SEND,&arg);
}

所以，问题是我的应用程序中是否有4个线程调用这些函数来读取或写入它们自己的ChannelId，这样就可以读取或写入驱动程序：

thread1:
   DevDrv::STR_READ(0,&localdst);
thread2:
   DevDrv::STR_READ(1,&localdst);
thread3:
   DevDrv::STR_READ(2,&localdst);
thread4:
   DevDrv::STR_READ(3,&localdst);

是否有数据竞赛或类似的事情发生？

Answer 1

您的channelData结构不能保证与缓存对齐，因此，除非您明确同步chData，否则您仍然会遭受数据争夺。

这里是比赛的草图：

1. 系统调用要读入CPU 0上的通道2。
2. CPU 0获取所有包含通道2的高速缓存行，这意味着：
   • 通道2中的所有字节
   • 从通道1末尾开始的几个字节
   • 从通道3末尾开始的几个字节
3. 阅读照常进行。
4. CPU 1将500字节写入通道1。
5. 系统调用希望将500字节读取到CPU 0的通道1中。
6. CPU 0从通道1提取以前未提取的所有字节。
   • 不重新获取通道1末尾的几个字节

在这种情况下，这几个字节在CPU 0上已过时，因为它们被CPU 1覆盖，而CPU 0却不知道。

它不知道，因为没有memory barrier告诉它它的缓存可能已过时。

现在，在许多情况下，系统调用会触发内存屏障，但不能保证。

您的用户空间程序很好，字符设备是与内核模块进行通信的规范方式，但是您的内核模块必须正确同步。甚至您链接中的示例都试图非常入门，并且在不使用原子的情况下进行了Device_Open++之类的操作。