在编译GCC之前，先介绍一个概念——bootstrap。
bootstrap就是自己编译自己，或者说用GCC编译GCC本身。GCC的bootstrap分三个阶段，具体如下：
bootstrap就是自己编译自己，或者说用GCC编译GCC本身。GCC的bootstrap分三个阶段，具体如下：
- 1月 13 週三 201611:54
Bootstrap介紹
- 12月 30 週三 201517:44
函式庫(wiki)
來源出處WIKI -> https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%87%BD%E5%BC%8F%E...
- 12月 29 週二 201516:35
程式減肥三步走
對於設計嵌入式Linux系統的研發人員來說，有一個問題是必須要考慮到的，那就是記憶體的空間。 我們知道嵌入式Linux系統所用的記憶體不是軟碟、硬碟、ZIP盤、CD-ROM、DVD這
些眾所周知的大容量常規記憶體，它使用的是例如Rom,CompactFlash，M-Systems的DiskOnChip，SONY的MemoryStick，IBM 的MicroDrive等體積極小,與主板上的BIOS
大小相近，存儲容量很小的記憶體。所以怎樣盡可能的節省空間就顯的很重要。 嵌入式系統的記憶體中放置的無非是核心，檔案系統，軟體，以及自己開發的程式。
本文就從程式入手，以一個非常簡單的C程式來作個例子，通過三步來讓它減肥。
Hello.c:
#include <stdio.h>
int main ()
{
printf ("hello,world");
return 0;
}
我們先用正常的編譯方法來編譯，看看生成的程式的大小是多少
#gcc – o hello hello.c
#ls – l hello
-rwxr-xr-x 1 root root 11542 Nov 13 20:07 hell
些眾所周知的大容量常規記憶體，它使用的是例如Rom,CompactFlash，M-Systems的DiskOnChip，SONY的MemoryStick，IBM 的MicroDrive等體積極小,與主板上的BIOS
大小相近，存儲容量很小的記憶體。所以怎樣盡可能的節省空間就顯的很重要。 嵌入式系統的記憶體中放置的無非是核心，檔案系統，軟體，以及自己開發的程式。
本文就從程式入手，以一個非常簡單的C程式來作個例子，通過三步來讓它減肥。
Hello.c:
#include <stdio.h>
int main ()
{
printf ("hello,world");
return 0;
}
我們先用正常的編譯方法來編譯，看看生成的程式的大小是多少
#gcc – o hello hello.c
#ls – l hello
-rwxr-xr-x 1 root root 11542 Nov 13 20:07 hell
- 12月 29 週二 201515:43
開發板(Evaluation Board)
「老師，我學嵌入式系統需要買一塊開發板嗎？」這是許多剛入門嵌入式系統的朋友，最常問的一句話。尤其從軟體業界轉行的朋友表示，他們才剛踏入嵌入式系統領域，硬體一點也不熟。一塊開發板少則 NT$4000 ~ NT$5000，多則一萬多元，實在買不下手。加上不知道哪塊開發板好？或者應該跟哪個廠商買？所以如果可以用「軟體模擬」的話，不僅省錢，也不會買了不適用而後悔。對於這樣的疑問，我都斬釘截鐵、帶著詭異的微笑、用短到對方無法接受的語句回答說：「要！」
「呃...可是...」「要！」「那...可不可以...」「不行！」滿足了自己捉弄別人的一點小小樂趣後，我會正經八百地解釋道：「學電腦不可能不上機 就學得會。就像學開車，你也不能光憑想像就考得上駕照。你可以不買車，先跟別人借車來練。但沒辦法天天對著鏡子想：『我會開車、我會開車、我會開 車...』就考上駕照。同理，你可以先跟補習班或朋友，借板子來學，但不能靠催眠來學會嵌入式系統。」
- 2月 16 週一 201516:01
資料模型(Data Model LP32 ILP32 LP64 ILP64 LLP64)
32位元環境涉及"ILP32"数据模型，是因为C数据类型为32位的int、long、指標。而64位元環境使用不同的資料模型，此时的long和指標已為64位元，故稱作"LP64"資料模型。
现今所有64位的类Unix平台均使用LP64数据模型，而64位Windows使用LLP64数据模型，除了指针是64位，其他基本类型都没有变。
TYPE LP32 ILP32 LP64 ILP64 LLP64
现今所有64位的类Unix平台均使用LP64数据模型，而64位Windows使用LLP64数据模型，除了指针是64位，其他基本类型都没有变。
TYPE LP32 ILP32 LP64 ILP64 LLP64
- 11月 14 週五 201417:25
Linux shell script 的彩色控制
Linux 下的終端機畫面不是只能換換背景而已，顯示出來的顏色也是能控制的。使用的顏色就像以前的DOS 時代，或者現在的BBS 顏色控制方式一樣。
以shell 的顯示為例，顯示的格式如下：
\033[ 亮度 ; 文字顏色 ; 背景顏色 m
文字內容………………
\033[0m
亮度是0 或1
文字及背景顏色有色碼有查 （以後附上)，而背景顏色是可省略的。
如果我要在畫面上顯示高亮度的綠色(32)及黑色背景，可以如下：
\033[1;32;40m 我的文字 \033[0m
記得shell 輸出碼要用 printf 而不是用一般的 echo。
但並不是所有的終端機畫面都是用黑色背景的。如果我們不要它的黑色背景，可以省略背景如下：
\033[1;32m 我的文字 \033[0m
這樣就比較完美。
其實這些控制碼和BBS 的還真像。
以shell 的顯示為例，顯示的格式如下：
\033[ 亮度 ; 文字顏色 ; 背景顏色 m
文字內容………………
\033[0m
亮度是0 或1
文字及背景顏色有色碼有查 （以後附上)，而背景顏色是可省略的。
如果我要在畫面上顯示高亮度的綠色(32)及黑色背景，可以如下：
\033[1;32;40m 我的文字 \033[0m
記得shell 輸出碼要用 printf 而不是用一般的 echo。
但並不是所有的終端機畫面都是用黑色背景的。如果我們不要它的黑色背景，可以省略背景如下：
\033[1;32m 我的文字 \033[0m
這樣就比較完美。
其實這些控制碼和BBS 的還真像。
- 9月 29 週一 201416:31
What is tty ?
[以上文章來自http://flykof.pixnet.net/blog/post/]
What is tty？
終端是一種字元裝置（Char Device），它有多種類型，通常使用tty（Teletype）來簡稱各種類型的終端設備。Teletype是最早出現的一種終端設備，很象電傳打字機（或者說就是），是由Teletype公司生產的。設備名放在特殊檔案目錄/dev/下，終端特殊設備檔案一般有以下幾種︰
What is tty？
終端是一種字元裝置（Char Device），它有多種類型，通常使用tty（Teletype）來簡稱各種類型的終端設備。Teletype是最早出現的一種終端設備，很象電傳打字機（或者說就是），是由Teletype公司生產的。設備名放在特殊檔案目錄/dev/下，終端特殊設備檔案一般有以下幾種︰
- 6月 15 週日 201414:13
Linux中的同步机制 -- Futex
转载感言：发现一篇还不错的文章，跟大家分享一下。该文简单介绍了Futex机制，并有一些简单的例子，浅显易懂。
Linux中的同步机制(一)--Futex引子
在编译2.6内核的时候，你会在编译选项中看到[*] Enable futex support这一项，上网查，有的资料会告诉你"不选这个内核不一定能正确的运行使用glibc的程序"，那futex是什么？和glibc又有什么关系呢？
1. 什么是Futex
Futex 是Fast Userspace muTexes的缩写，由Hubertus Franke, Matthew Kirkwood, Ingo Molnar and Rusty Russell共同设计完成。几位都是linux领域的专家，其中可能Ingo Molnar大家更熟悉一些，毕竟是O(1)调度器和CFS的实现者。
Futex按英文翻译过来就是快速用户空间互斥体。其设计思想其实 不难理解，在传统的Unix系统中，System V IPC(inter process communication)，如 semaphores, msgqueues, sockets还有文件锁机制(flock())等进程间同步机制都是对一个内核对象操作来完成的，这个内核对象对要同步的进程都是可见的，其提供了共享 的状态信息和原子操作。当进程间要同步的时候必须要通过系统调用(如semop())在内核中完成。可是经研究发现，很多同步是无竞争的，即某个进程进入 互斥区，到再从某个互斥区出来这段时间，常常是没有进程也要进这个互斥区或者请求同一同步变量的。但是在这种情况下，这个进程也要陷入内核去看看有没有人 和它竞争，退出的时侯还要陷入内核去看看有没有进程等待在同一同步变量上。这些不必要的系统调用(或者说内核陷入)造成了大量的性能开销。为了解决这个问 题，Futex就应运而生，Futex是一种用户态和内核态混合的同步机制。首先，同步的进程间通过mmap共享一段内存，futex变量就位于这段共享 的内存中且操作是原子的，当进程尝试进入互斥区或者退出互斥区的时候，先去查看共享内存中的futex变量，如果没有竞争发生，则只修改futex,而不 用再执行系统调用了。当通过访问futex变量告诉进程有竞争发生，则还是得执行系统调用去完成相应的处理(wait 或者 wake up)。简单的说，futex就是通过在用户态的检查，（motivation）如果了解到没有竞争就不用陷入内核了，大大提高了low-contention时候的效率。 Linux从2.5.7开始支持Futex。
2. Futex系统调用
Futex是一种用户态和内核态混合机制，所以需要两个部分合作完成，linux上提供了sys_futex系统调用，对进程竞争情况下的同步处理提供支持。
其原型和系统调用号为
#include <linux/futex.h>
#include <sys/time.h>
int futex (int *uaddr, int op, int val, const struct timespec *timeout,int *uaddr2, int val3);
#define __NR_futex 240
虽然参数有点长，其实常用的就是前面三个，后面的timeout大家都能理解，其他的也常被ignore。
uaddr就是用户态下共享内存的地址，里面存放的是一个对齐的整型计数器。
op存放着操作类型。定义的有5中，这里我简单的介绍一下两种，剩下的感兴趣的自己去man futex
FUTEX_WAIT: 原子性的检查uaddr中计数器的值是否为val,如果是则让进程休眠，直到FUTEX_WAKE或者超时(time-out)。也就是把进程挂到uaddr相对应的等待队列上去。
FUTEX_WAKE: 最多唤醒val个等待在uaddr上进程。
可见FUTEX_WAIT和FUTEX_WAKE只是用来挂起或者唤醒进程，当然这部分工作也只能在内核态下完成。有些人尝试着直接使用futex系统调 用来实现进程同步，并寄希望获得futex的性能优势，这是有问题的。应该区分futex同步机制和futex系统调用。futex同步机制还包括用户态 下的操作，我们将在下节提到。
3. Futex同步机制
所有的futex同步操作都应该从用户空间开始，首先创建一个futex同步变量，也就是位于共享内存的一个整型计数器。
当 进程尝试持有锁或者要进入互斥区的时候，对futex执行"down"操作，即原子性的给futex同步变量减1。如果同步变量变为0，则没有竞争发生， 进程照常执行。如果同步变量是个负数，则意味着有竞争发生，需要调用futex系统调用的futex_wait操作休眠当前进程。
当进程释放锁或 者要离开互斥区的时候，对futex进行"up"操作，即原子性的给futex同步变量加1。如果同步变量由0变成1，则没有竞争发生，进程照常执行。如 果加之前同步变量是负数，则意味着有竞争发生，需要调用futex系统调用的futex_wake操作唤醒一个或者多个等待进程。
这里的原子性加减通常是用CAS(Compare and Swap)完成的，与平台相关。CAS的基本形式是：CAS(addr,old,new),当addr中存放的值等于old时，用new对其替换。在x86平台上有专门的一条指令来完成它: cmpxchg。
可见: futex是从用户态开始，由用户态和核心态协调完成的。
4. 进/线程利用futex同步
进程或者线程都可以利用futex来进行同步。
对于线程，情况比较简单，因为线程共享虚拟内存空间，虚拟地址就可以唯一的标识出futex变量，即线程用同样的虚拟地址来访问futex变量。
对 于进程，情况相对复杂，因为进程有独立的虚拟内存空间，只有通过mmap()让它们共享一段地址空间来使用futex变量。每个进程用来访问futex的 虚拟地址可以是不一样的，只要系统知道所有的这些虚拟地址都映射到同一个物理内存地址，并用物理内存地址来唯一标识futex变量。
小结：
1. Futex变量的特征：1)位于共享的用户空间中 2)是一个32位的整型 3)对它的操作是原子的
2. Futex在程序low-contention的时候能获得比传统同步机制更好的性能。
3. 不要直接使用Futex系统调用。
4. Futex同步机制可以用于进程间同步，也可以用于线程间同步。
Linux中的线程同步机制(二)--In Glibc在linux中进行多线程开发，同步是不可回避的一个问题。在POSIX标准中定义了三种线程同步机制: Mutexes(互斥量), Condition Variables(条件变量)和POSIX Semaphores(信号量)。NPTL基本上实现了POSIX，而glibc又使用NPTL作为自己的线程库。因此glibc中包含了这三种同步机制 的实现(当然还包括其他的同步机制，如APUE里提到的读写锁)。
Glibc中常用的线程同步方式举例:
Semaphore
变量定义： sem_t sem;
初始化： sem_init(&sem,0,1);
进入加锁: sem_wait(&sem);
退出解锁: sem_post(&sem);
Mutex
变量定义： pthread_mutex_t mut;
初始化： pthread_mutex_init(&mut,NULL);
进入加锁: pthread_mutex_lock(&mut);
退出解锁: pthread_mutex_unlock(&mut);
这些用于同步的函数和futex有什么关系？下面让我们来看一看:
以Semaphores为例，
进入互斥区的时候，会执行sem_wait(sem_t *sem)，sem_wait的实现如下：
int sem_wait (sem_t *sem)
{
int *futex = (int *) sem;
if (atomic_decrement_if_positive (futex) > 0)
return 0;
int err = lll_futex_wait (futex, 0);
return -1;
)
atomic_decrement_if_positive()的语义就是如果传入参数是正数就将其原子性的减一并立即返回。如果信号量为正，在Semaphores的语义中意味着没有竞争发生，如果没有竞争，就给信号量减一后直接返回了。
如果传入参数不是正数，即意味着有竞争，调用lll_futex_wait(futex,0),lll_futex_wait是个宏，展开后为：
#define lll_futex_wait(futex, val) \
({ \
...
__asm __volatile (LLL_EBX_LOAD \
LLL_ENTER_KERNEL \
LLL_EBX_LOAD \
: "=a" (__status) \
: "0" (SYS_futex), LLL_EBX_REG (futex), "S" (0), \
"c" (FUTEX_WAIT), "d" (_val), \
"i" (offsetof (tcbhead_t, sysinfo)) \
: "memory"); \
... \
})
可以看到当发生竞争的时候，sem_wait会调用SYS_futex系统调用，并在val=0的时候执行FUTEX_WAIT,让当前线程休眠。
从 这个例子我们可以看出，在Semaphores的实现过程中使用了futex，不仅仅是说其使用了futex系统调用(再重申一遍只使用futex系统调 用是不够的)，而是整个建立在futex机制上，包括用户态下的操作和核心态下的操作。其实对于其他glibc的同步机制来说也是一样,都采纳了 futex作为其基础。所以才会在futex的manual中说：对于大多数程序员不需要直接使用futexes，取而代之的是依靠建立在futex之上 的系统库，如NPTL线程库(most programmers will in fact not be using futexes directly but instead rely on system libraries built on them, such as the NPTL pthreads implementation)。所以才会有如果在编译内核的时候不 Enable futex support，就"不一定能正确的运行使用Glibc的程序"。
小结:
1. Glibc中的所提供的线程同步方式，如大家所熟知的Mutex,Semaphore等，大多都构造于futex之上了，除了特殊情况，大家没必要再去实现自己的futex同步原语。
2. 大家要做的事情，似乎就是按futex的manual中所说得那样: 正确的使用Glibc所提供的同步方式，并在使用它们的过程中，意识到它们是利用futex机制和linux配合完成同步操作就可以了。
Linux中的线程同步机制(三)--Practice
上回说到Glibc中(NPTL)的线程同步方式如Mutex,Semaphore等都使用了futex作为其基础。那么实际使用是什么样子，又会碰到什么问题呢？
先来看一个使用semaphore同步的例子。
sem_t sem_a;
void *task1();
int main(void){
int ret=0;
pthread_t thrd1;
sem_init(&sem_a,0,1);
ret=pthread_create(&thrd1,NULL,task1,NULL); //创建子线程
pthread_join(thrd1,NULL); //等待子线程结束
}
void *task1()
{
int sval = 0;
sem_wait(&sem_a); //持有信号量
sleep(5); //do_nothing
sem_getvalue(&sem_a,&sval);
printf("sem value = %d\n",sval);
sem_post(&sem_a); //释放信号量
}
程序很简单，我们在主线程(执行main的线程)中创建了一个线程，并用join等待其结束。在子线程中，先持有信号量，然后休息一会儿，再释放信号量，结束。
因为这段代码中只有一个线程使用信号量，也就是没有线程间竞争发生，按照futex的理论，因为没有竞争，所以所有的锁操作都将在用户态中完成，而不会执行系统调用而陷入内核。我们用strace来跟踪一下这段程序的执行过程中所发生的系统调用:
...
20533 futex(0xb7db1be8, FUTEX_WAIT, 20534, NULL <unfinished ...>
20534 futex(0x8049870, FUTEX_WAKE, 1) = 0
20533 <... futex resumed> ) = 0
...
20533是main线程的id,20534是其子线程的id。出乎我们意料之外的是这段程序还是发生了两次futex系统调用，我们来分析一下这分别是什么原因造成的。
1. 出人意料的"sem_post()"
20534 futex(0x8049870, FUTEX_WAKE, 1) = 0
子 线程还是执行了FUTEX_WAKE的系统调用，就是在sem_post(&sem_a);的时候，请求内核唤醒一个等待在sem_a上的线程, 其返回值是0，表示现在并没有线程等待在sem_a(这是当然的，因为就这么一个线程在使用sem_a)，这次futex系统调用白做了。这似乎和 futex的理论有些出入，我们再来看一下sem_post的实现。
int sem_post (sem_t *sem)
{
int *futex = (int *) sem;
int nr = atomic_increment_val (futex);
int err = lll_futex_wake (futex, nr);
return 0;
}
我们看到，Glibc在实现sem_post的时候给futex原子性的加上1后，不管futex的值是什么，都执行了lll_futex_wake(),即futex(FUTEX_WAKE)系统调用。
在 第二部分中(见前文)，我们分析了sem_wait的实现，当没有竞争的时候是不会有futex调用的，现在看来真的是这样，但是在sem_post的时 候，无论有无竞争，都会调用sys_futex()，为什么会这样呢？我觉得应该结合semaphore的语义来理解。在semaphore的语义 中，sem_wait()的意思是："挂起当前进程，直到semaphore的值为非0，它会原子性的减少semaphore计数值。" 我们可以看到,semaphore中是通过0或者非0来判断阻塞或者非阻塞线程。即无论有多少线程在竞争这把锁，只要使用了 semaphore，semaphore的值都会是0。这样，当线程推出互斥区，执行sem_post(),释放semaphore的时候，将其值由0改 1，并不知道是否有线程阻塞在这个semaphore上，所以只好不管怎么样都执行futex(uaddr, FUTEX_WAKE, 1)尝试着唤醒一个进程。而相反的，当sem_wait()，如果semaphore由1变0，则意味着没有竞争发生，所以不必去执行futex系统调 用。我们假设一下，如果抛开这个语义，如果允许semaphore值为负，则也可以在sem_post()的时候，实现futex机制。
2. 半路杀出的"pthread_join()"
那另一个futex系统调用是怎么造成的呢? 是因为pthread_join();
在Glibc中，pthread_join也是用futex系统调用实现的。程序中的pthread_join(thrd1,NULL); 就对应着
20533 futex(0xb7db1be8, FUTEX_WAIT, 20534, NULL <unfinished ...>
很 好解释，主线程要等待子线程(id号20534上)结束的时候，调用futex(FUTEX_WAIT)，并把var参数设置为要等待的子线程号 (20534)，然后等待在一个地址为0xb7db1be8的futex变量上。当子线程结束后，系统会负责把主线程唤醒。于是主线程就
20533 <... futex resumed> ) = 0
恢复运行了。
要注意的是，如果在执行pthread_join()的时候，要join的线程已经结束了，就不会再调用futex()阻塞当前进程了。
3. 更多的竞争。
我们把上面的程序稍微改改:
在main函数中:
int main(void){
...
sem_init(&sem_a,0,1);
ret=pthread_create(&thrd1,NULL,task1,NULL);
ret=pthread_create(&thrd2,NULL,task1,NULL);
ret=pthread_create(&thrd3,NULL,task1,NULL);
ret=pthread_create(&thrd4,NULL,task1,NULL);
pthread_join(thrd1,NULL);
pthread_join(thrd2,NULL);
pthread_join(thrd3,NULL);
pthread_join(thrd4,NULL);
...
}
这样就有更的线程参与sem_a的争夺了。我们来分析一下，这样的程序会发生多少次futex系统调用。
1) sem_wait()
第一个进入的线程不会调用futex，而其他的线程因为要阻塞而调用，因此sem_wait会造成3次futex(FUTEX_WAIT)调用。
2) sem_post()
所有线程都会在sem_post的时候调用futex, 因此会造成4次futex(FUTEX_WAKE)调用。
3) pthread_join()
别忘了还有pthread_join()，我们是按thread1, thread2, thread3, thread4这样来join的，但是线程的调度存在着随机性。如果thread1最后被调度，则只有thread1这一次futex调用，所以 pthread_join()造成的futex调用在1-4次之间。(虽然不是必然的，但是4次更常见一些)
所以这段程序至多会造成3+4+4=11次futex系统调用，用strace跟踪，验证了我们的想法。
19710 futex(0xb7df1be8, FUTEX_WAIT, 19711, NULL <unfinished ...>
19712 futex(0x8049910, FUTEX_WAIT, 0, NULL <unfinished ...>
19713 futex(0x8049910, FUTEX_WAIT, 0, NULL <unfinished ...>
19714 futex(0x8049910, FUTEX_WAIT, 0, NULL <unfinished ...>
19711 futex(0x8049910, FUTEX_WAKE, 1 <unfinished ...>
19710 futex(0xb75f0be8, FUTEX_WAIT, 19712, NULL <unfinished ...>
19712 futex(0x8049910, FUTEX_WAKE, 1 <unfinished ...>
19710 futex(0xb6defbe8, FUTEX_WAIT, 19713, NULL <unfinished ...>
19713 futex(0x8049910, FUTEX_WAKE, 1 <unfinished ...>
19710 futex(0xb65eebe8, FUTEX_WAIT, 19714, NULL <unfinished ...>
19714 futex(0x8049910, FUTEX_WAKE, 1) = 0
(19710是主线程，19711，19712，19713,19714是4个子线程)
4. 更多的问题
事 情到这里就结束了吗？ 如果我们把semaphore换成Mutex试试。你会发现当自始自终没有竞争的时候，mutex会完全符合futex机制，不管是lock还是 unlock都不会调用futex系统调用。有竞争的时候，第一次pthread_mutex_lock的时候不会调用futex调用，看起来还正常。但 是最后一次pthread_mutex_unlock的时候，虽然已经没有线程在等待mutex了，可还是会调用futex(FUTEX_WAKE)。原因是什么？欢迎讨论！！！
小结：
1. 虽然semaphore，mutex等同步方式构建在futex同步机制之上。然而受其语义等的限制，并没有完全按futex最初的设计实现。
2. pthread_join()等函数也是调用futex来实现的。
3. 不同的同步方式都有其不同的语义，不同的性能特征，适合于不同的场景。我们在使用过程中要知道他们的共性，也得了解它们之间的差异。这样才能更好的理解多线程场景，写出更高质量的多线程程序。
转载地址：
http://blog.csdn.net/Javadino/archive/2008/09/06/2891385.aspx
http://blog.csdn.net/Javadino/archive/2008/09/06/2891388.aspx
http://blog.csdn.net/Javadino/archive/2008/09/06/2891399.aspx
Linux中的同步机制(一)--Futex引子
在编译2.6内核的时候，你会在编译选项中看到[*] Enable futex support这一项，上网查，有的资料会告诉你"不选这个内核不一定能正确的运行使用glibc的程序"，那futex是什么？和glibc又有什么关系呢？
1. 什么是Futex
Futex 是Fast Userspace muTexes的缩写，由Hubertus Franke, Matthew Kirkwood, Ingo Molnar and Rusty Russell共同设计完成。几位都是linux领域的专家，其中可能Ingo Molnar大家更熟悉一些，毕竟是O(1)调度器和CFS的实现者。
Futex按英文翻译过来就是快速用户空间互斥体。其设计思想其实 不难理解，在传统的Unix系统中，System V IPC(inter process communication)，如 semaphores, msgqueues, sockets还有文件锁机制(flock())等进程间同步机制都是对一个内核对象操作来完成的，这个内核对象对要同步的进程都是可见的，其提供了共享 的状态信息和原子操作。当进程间要同步的时候必须要通过系统调用(如semop())在内核中完成。可是经研究发现，很多同步是无竞争的，即某个进程进入 互斥区，到再从某个互斥区出来这段时间，常常是没有进程也要进这个互斥区或者请求同一同步变量的。但是在这种情况下，这个进程也要陷入内核去看看有没有人 和它竞争，退出的时侯还要陷入内核去看看有没有进程等待在同一同步变量上。这些不必要的系统调用(或者说内核陷入)造成了大量的性能开销。为了解决这个问 题，Futex就应运而生，Futex是一种用户态和内核态混合的同步机制。首先，同步的进程间通过mmap共享一段内存，futex变量就位于这段共享 的内存中且操作是原子的，当进程尝试进入互斥区或者退出互斥区的时候，先去查看共享内存中的futex变量，如果没有竞争发生，则只修改futex,而不 用再执行系统调用了。当通过访问futex变量告诉进程有竞争发生，则还是得执行系统调用去完成相应的处理(wait 或者 wake up)。简单的说，futex就是通过在用户态的检查，（motivation）如果了解到没有竞争就不用陷入内核了，大大提高了low-contention时候的效率。 Linux从2.5.7开始支持Futex。
2. Futex系统调用
Futex是一种用户态和内核态混合机制，所以需要两个部分合作完成，linux上提供了sys_futex系统调用，对进程竞争情况下的同步处理提供支持。
其原型和系统调用号为
#include <linux/futex.h>
#include <sys/time.h>
int futex (int *uaddr, int op, int val, const struct timespec *timeout,int *uaddr2, int val3);
#define __NR_futex 240
虽然参数有点长，其实常用的就是前面三个，后面的timeout大家都能理解，其他的也常被ignore。
uaddr就是用户态下共享内存的地址，里面存放的是一个对齐的整型计数器。
op存放着操作类型。定义的有5中，这里我简单的介绍一下两种，剩下的感兴趣的自己去man futex
FUTEX_WAIT: 原子性的检查uaddr中计数器的值是否为val,如果是则让进程休眠，直到FUTEX_WAKE或者超时(time-out)。也就是把进程挂到uaddr相对应的等待队列上去。
FUTEX_WAKE: 最多唤醒val个等待在uaddr上进程。
可见FUTEX_WAIT和FUTEX_WAKE只是用来挂起或者唤醒进程，当然这部分工作也只能在内核态下完成。有些人尝试着直接使用futex系统调 用来实现进程同步，并寄希望获得futex的性能优势，这是有问题的。应该区分futex同步机制和futex系统调用。futex同步机制还包括用户态 下的操作，我们将在下节提到。
3. Futex同步机制
所有的futex同步操作都应该从用户空间开始，首先创建一个futex同步变量，也就是位于共享内存的一个整型计数器。
当 进程尝试持有锁或者要进入互斥区的时候，对futex执行"down"操作，即原子性的给futex同步变量减1。如果同步变量变为0，则没有竞争发生， 进程照常执行。如果同步变量是个负数，则意味着有竞争发生，需要调用futex系统调用的futex_wait操作休眠当前进程。
当进程释放锁或 者要离开互斥区的时候，对futex进行"up"操作，即原子性的给futex同步变量加1。如果同步变量由0变成1，则没有竞争发生，进程照常执行。如 果加之前同步变量是负数，则意味着有竞争发生，需要调用futex系统调用的futex_wake操作唤醒一个或者多个等待进程。
这里的原子性加减通常是用CAS(Compare and Swap)完成的，与平台相关。CAS的基本形式是：CAS(addr,old,new),当addr中存放的值等于old时，用new对其替换。在x86平台上有专门的一条指令来完成它: cmpxchg。
可见: futex是从用户态开始，由用户态和核心态协调完成的。
4. 进/线程利用futex同步
进程或者线程都可以利用futex来进行同步。
对于线程，情况比较简单，因为线程共享虚拟内存空间，虚拟地址就可以唯一的标识出futex变量，即线程用同样的虚拟地址来访问futex变量。
对 于进程，情况相对复杂，因为进程有独立的虚拟内存空间，只有通过mmap()让它们共享一段地址空间来使用futex变量。每个进程用来访问futex的 虚拟地址可以是不一样的，只要系统知道所有的这些虚拟地址都映射到同一个物理内存地址，并用物理内存地址来唯一标识futex变量。
小结：
1. Futex变量的特征：1)位于共享的用户空间中 2)是一个32位的整型 3)对它的操作是原子的
2. Futex在程序low-contention的时候能获得比传统同步机制更好的性能。
3. 不要直接使用Futex系统调用。
4. Futex同步机制可以用于进程间同步，也可以用于线程间同步。
Linux中的线程同步机制(二)--In Glibc在linux中进行多线程开发，同步是不可回避的一个问题。在POSIX标准中定义了三种线程同步机制: Mutexes(互斥量), Condition Variables(条件变量)和POSIX Semaphores(信号量)。NPTL基本上实现了POSIX，而glibc又使用NPTL作为自己的线程库。因此glibc中包含了这三种同步机制 的实现(当然还包括其他的同步机制，如APUE里提到的读写锁)。
Glibc中常用的线程同步方式举例:
Semaphore
变量定义： sem_t sem;
初始化： sem_init(&sem,0,1);
进入加锁: sem_wait(&sem);
退出解锁: sem_post(&sem);
Mutex
变量定义： pthread_mutex_t mut;
初始化： pthread_mutex_init(&mut,NULL);
进入加锁: pthread_mutex_lock(&mut);
退出解锁: pthread_mutex_unlock(&mut);
这些用于同步的函数和futex有什么关系？下面让我们来看一看:
以Semaphores为例，
进入互斥区的时候，会执行sem_wait(sem_t *sem)，sem_wait的实现如下：
int sem_wait (sem_t *sem)
{
int *futex = (int *) sem;
if (atomic_decrement_if_positive (futex) > 0)
return 0;
int err = lll_futex_wait (futex, 0);
return -1;
)
atomic_decrement_if_positive()的语义就是如果传入参数是正数就将其原子性的减一并立即返回。如果信号量为正，在Semaphores的语义中意味着没有竞争发生，如果没有竞争，就给信号量减一后直接返回了。
如果传入参数不是正数，即意味着有竞争，调用lll_futex_wait(futex,0),lll_futex_wait是个宏，展开后为：
#define lll_futex_wait(futex, val) \
({ \
...
__asm __volatile (LLL_EBX_LOAD \
LLL_ENTER_KERNEL \
LLL_EBX_LOAD \
: "=a" (__status) \
: "0" (SYS_futex), LLL_EBX_REG (futex), "S" (0), \
"c" (FUTEX_WAIT), "d" (_val), \
"i" (offsetof (tcbhead_t, sysinfo)) \
: "memory"); \
... \
})
可以看到当发生竞争的时候，sem_wait会调用SYS_futex系统调用，并在val=0的时候执行FUTEX_WAIT,让当前线程休眠。
从 这个例子我们可以看出，在Semaphores的实现过程中使用了futex，不仅仅是说其使用了futex系统调用(再重申一遍只使用futex系统调 用是不够的)，而是整个建立在futex机制上，包括用户态下的操作和核心态下的操作。其实对于其他glibc的同步机制来说也是一样,都采纳了 futex作为其基础。所以才会在futex的manual中说：对于大多数程序员不需要直接使用futexes，取而代之的是依靠建立在futex之上 的系统库，如NPTL线程库(most programmers will in fact not be using futexes directly but instead rely on system libraries built on them, such as the NPTL pthreads implementation)。所以才会有如果在编译内核的时候不 Enable futex support，就"不一定能正确的运行使用Glibc的程序"。
小结:
1. Glibc中的所提供的线程同步方式，如大家所熟知的Mutex,Semaphore等，大多都构造于futex之上了，除了特殊情况，大家没必要再去实现自己的futex同步原语。
2. 大家要做的事情，似乎就是按futex的manual中所说得那样: 正确的使用Glibc所提供的同步方式，并在使用它们的过程中，意识到它们是利用futex机制和linux配合完成同步操作就可以了。
Linux中的线程同步机制(三)--Practice
上回说到Glibc中(NPTL)的线程同步方式如Mutex,Semaphore等都使用了futex作为其基础。那么实际使用是什么样子，又会碰到什么问题呢？
先来看一个使用semaphore同步的例子。
sem_t sem_a;
void *task1();
int main(void){
int ret=0;
pthread_t thrd1;
sem_init(&sem_a,0,1);
ret=pthread_create(&thrd1,NULL,task1,NULL); //创建子线程
pthread_join(thrd1,NULL); //等待子线程结束
}
void *task1()
{
int sval = 0;
sem_wait(&sem_a); //持有信号量
sleep(5); //do_nothing
sem_getvalue(&sem_a,&sval);
printf("sem value = %d\n",sval);
sem_post(&sem_a); //释放信号量
}
程序很简单，我们在主线程(执行main的线程)中创建了一个线程，并用join等待其结束。在子线程中，先持有信号量，然后休息一会儿，再释放信号量，结束。
因为这段代码中只有一个线程使用信号量，也就是没有线程间竞争发生，按照futex的理论，因为没有竞争，所以所有的锁操作都将在用户态中完成，而不会执行系统调用而陷入内核。我们用strace来跟踪一下这段程序的执行过程中所发生的系统调用:
...
20533 futex(0xb7db1be8, FUTEX_WAIT, 20534, NULL <unfinished ...>
20534 futex(0x8049870, FUTEX_WAKE, 1) = 0
20533 <... futex resumed> ) = 0
...
20533是main线程的id,20534是其子线程的id。出乎我们意料之外的是这段程序还是发生了两次futex系统调用，我们来分析一下这分别是什么原因造成的。
1. 出人意料的"sem_post()"
20534 futex(0x8049870, FUTEX_WAKE, 1) = 0
子 线程还是执行了FUTEX_WAKE的系统调用，就是在sem_post(&sem_a);的时候，请求内核唤醒一个等待在sem_a上的线程, 其返回值是0，表示现在并没有线程等待在sem_a(这是当然的，因为就这么一个线程在使用sem_a)，这次futex系统调用白做了。这似乎和 futex的理论有些出入，我们再来看一下sem_post的实现。
int sem_post (sem_t *sem)
{
int *futex = (int *) sem;
int nr = atomic_increment_val (futex);
int err = lll_futex_wake (futex, nr);
return 0;
}
我们看到，Glibc在实现sem_post的时候给futex原子性的加上1后，不管futex的值是什么，都执行了lll_futex_wake(),即futex(FUTEX_WAKE)系统调用。
在 第二部分中(见前文)，我们分析了sem_wait的实现，当没有竞争的时候是不会有futex调用的，现在看来真的是这样，但是在sem_post的时 候，无论有无竞争，都会调用sys_futex()，为什么会这样呢？我觉得应该结合semaphore的语义来理解。在semaphore的语义 中，sem_wait()的意思是："挂起当前进程，直到semaphore的值为非0，它会原子性的减少semaphore计数值。" 我们可以看到,semaphore中是通过0或者非0来判断阻塞或者非阻塞线程。即无论有多少线程在竞争这把锁，只要使用了 semaphore，semaphore的值都会是0。这样，当线程推出互斥区，执行sem_post(),释放semaphore的时候，将其值由0改 1，并不知道是否有线程阻塞在这个semaphore上，所以只好不管怎么样都执行futex(uaddr, FUTEX_WAKE, 1)尝试着唤醒一个进程。而相反的，当sem_wait()，如果semaphore由1变0，则意味着没有竞争发生，所以不必去执行futex系统调 用。我们假设一下，如果抛开这个语义，如果允许semaphore值为负，则也可以在sem_post()的时候，实现futex机制。
2. 半路杀出的"pthread_join()"
那另一个futex系统调用是怎么造成的呢? 是因为pthread_join();
在Glibc中，pthread_join也是用futex系统调用实现的。程序中的pthread_join(thrd1,NULL); 就对应着
20533 futex(0xb7db1be8, FUTEX_WAIT, 20534, NULL <unfinished ...>
很 好解释，主线程要等待子线程(id号20534上)结束的时候，调用futex(FUTEX_WAIT)，并把var参数设置为要等待的子线程号 (20534)，然后等待在一个地址为0xb7db1be8的futex变量上。当子线程结束后，系统会负责把主线程唤醒。于是主线程就
20533 <... futex resumed> ) = 0
恢复运行了。
要注意的是，如果在执行pthread_join()的时候，要join的线程已经结束了，就不会再调用futex()阻塞当前进程了。
3. 更多的竞争。
我们把上面的程序稍微改改:
在main函数中:
int main(void){
...
sem_init(&sem_a,0,1);
ret=pthread_create(&thrd1,NULL,task1,NULL);
ret=pthread_create(&thrd2,NULL,task1,NULL);
ret=pthread_create(&thrd3,NULL,task1,NULL);
ret=pthread_create(&thrd4,NULL,task1,NULL);
pthread_join(thrd1,NULL);
pthread_join(thrd2,NULL);
pthread_join(thrd3,NULL);
pthread_join(thrd4,NULL);
...
}
这样就有更的线程参与sem_a的争夺了。我们来分析一下，这样的程序会发生多少次futex系统调用。
1) sem_wait()
第一个进入的线程不会调用futex，而其他的线程因为要阻塞而调用，因此sem_wait会造成3次futex(FUTEX_WAIT)调用。
2) sem_post()
所有线程都会在sem_post的时候调用futex, 因此会造成4次futex(FUTEX_WAKE)调用。
3) pthread_join()
别忘了还有pthread_join()，我们是按thread1, thread2, thread3, thread4这样来join的，但是线程的调度存在着随机性。如果thread1最后被调度，则只有thread1这一次futex调用，所以 pthread_join()造成的futex调用在1-4次之间。(虽然不是必然的，但是4次更常见一些)
所以这段程序至多会造成3+4+4=11次futex系统调用，用strace跟踪，验证了我们的想法。
19710 futex(0xb7df1be8, FUTEX_WAIT, 19711, NULL <unfinished ...>
19712 futex(0x8049910, FUTEX_WAIT, 0, NULL <unfinished ...>
19713 futex(0x8049910, FUTEX_WAIT, 0, NULL <unfinished ...>
19714 futex(0x8049910, FUTEX_WAIT, 0, NULL <unfinished ...>
19711 futex(0x8049910, FUTEX_WAKE, 1 <unfinished ...>
19710 futex(0xb75f0be8, FUTEX_WAIT, 19712, NULL <unfinished ...>
19712 futex(0x8049910, FUTEX_WAKE, 1 <unfinished ...>
19710 futex(0xb6defbe8, FUTEX_WAIT, 19713, NULL <unfinished ...>
19713 futex(0x8049910, FUTEX_WAKE, 1 <unfinished ...>
19710 futex(0xb65eebe8, FUTEX_WAIT, 19714, NULL <unfinished ...>
19714 futex(0x8049910, FUTEX_WAKE, 1) = 0
(19710是主线程，19711，19712，19713,19714是4个子线程)
4. 更多的问题
事 情到这里就结束了吗？ 如果我们把semaphore换成Mutex试试。你会发现当自始自终没有竞争的时候，mutex会完全符合futex机制，不管是lock还是 unlock都不会调用futex系统调用。有竞争的时候，第一次pthread_mutex_lock的时候不会调用futex调用，看起来还正常。但 是最后一次pthread_mutex_unlock的时候，虽然已经没有线程在等待mutex了，可还是会调用futex(FUTEX_WAKE)。原因是什么？欢迎讨论！！！
小结：
1. 虽然semaphore，mutex等同步方式构建在futex同步机制之上。然而受其语义等的限制，并没有完全按futex最初的设计实现。
2. pthread_join()等函数也是调用futex来实现的。
3. 不同的同步方式都有其不同的语义，不同的性能特征，适合于不同的场景。我们在使用过程中要知道他们的共性，也得了解它们之间的差异。这样才能更好的理解多线程场景，写出更高质量的多线程程序。
转载地址：
http://blog.csdn.net/Javadino/archive/2008/09/06/2891385.aspx
http://blog.csdn.net/Javadino/archive/2008/09/06/2891388.aspx
http://blog.csdn.net/Javadino/archive/2008/09/06/2891399.aspx
- 1月 24 週五 201401:00
Kconfig
Kconfig (Linux)
What is Kconfig file?
當user在compiler Linux kernel 2.6的時候，打make menuconfig時，會出現選單讓user選擇想安裝的項目，而這些設定檔都寫在Kconfig file中，source code tree下幾乎每一個目錄夾都會有Kconfig file。(Linux kernel 2.4 則為Config.in file)
How to write Kconfig
1. How to Add a Item in Menu List
每一個選項開始都必須以”config”開頭
Ex.
config DM9000
tristate “DM9000A support”
depends on NET_ETHERNET
select CRC32
- type definition：”bool” / ”tristate” / ”string” / ”hex” / ”int”
選擇想要輸入的型態，通常driver類都用bool或是tristate，如果是參數或 是變數，則用string, hex or int。
bool：built-in and exclude
當你用bool type ---> [ ]DM9000A support
tristate：built-in, module, exclude
當你用tristate type ---> < >DM9000A support
int, string, hex：
當你用int, string, or hex --->( ) DM9000A support.
- input prompt: "prompt" ["if" ]
選單上所看到的選項的字
Ex.
bool “Networking Support”
or
bool
prompt “Networking Support”
- default value: "default" ["if" ]
設定預設的值。
Ex.
config VECTORS_BASE
hex
default 0xffff0000 if MMU CPU_HIGH_VECTOR
default DRAM_BASE if REMAP_VECTORS_TO_RAM
default 0x00000000
- dependencies: "depends on"/"requires"
Ex.
config DM9000A
tristate "DM9000A support"
depends on NET_ETHERNET
select CRC32
如果NET_ETHERNET選項有選，才能看見DM9000A這選項。
- reverse dependencies: "select" ["if" ]
While normal dependencies reduce the upper limit of a symbol, reverse dependencies can be used to force a lower limit of another symbol. Reverse dependencies can only be used with bool or tristate symbols.
Ex.
config DM9000A
tristate "DM9000A support"
depends on NET_ETHERNET
select CRC32
當選擇DM9000A選項時，CRC32也一起被選入。
- help text: "help" or "---help---"
help的文字。
2. How to Add a Directory in Menu List
- menu：
主要是用menu and endmenu來建立。
menu “Device Driver”
config NETDEVICE
：
endmenu
- choice
目錄內選定的項目，會顯示在母目錄上，而且只能選一個選項。
Ex.
A--
-----a
-----b
-----c
a, b, c只能選一個，如果選擇a，則會顯示A (a) --->
=========================================
Choice
prompt "Subarchitecture Type"
default X86_PC
config X86_PC
bool "PC-compatible"
help
Choose this option if your computer is a standard PC or compatible.
config X86_ELAN
bool "AMD Elan"
help
Select this for an AMD Elan processor.
：
：
Endchoice
====================================================
如果選擇” PC-compatible”，則menulist上會顯示 Subarchitecture Type (PC-compatible) --->。
如果選擇” AMD Elan”，則menulist上會顯示 Subarchitecture Type (AMD Elan) --->。
- comment：在menu list 中顯示文字
comment "SCSI support type (disk, tape, CD-ROM)"
What is Kconfig file?
當user在compiler Linux kernel 2.6的時候，打make menuconfig時，會出現選單讓user選擇想安裝的項目，而這些設定檔都寫在Kconfig file中，source code tree下幾乎每一個目錄夾都會有Kconfig file。(Linux kernel 2.4 則為Config.in file)
How to write Kconfig
1. How to Add a Item in Menu List
每一個選項開始都必須以”config”開頭
Ex.
config DM9000
tristate “DM9000A support”
depends on NET_ETHERNET
select CRC32
- type definition：”bool” / ”tristate” / ”string” / ”hex” / ”int”
選擇想要輸入的型態，通常driver類都用bool或是tristate，如果是參數或 是變數，則用string, hex or int。
bool：built-in and exclude
當你用bool type ---> [ ]DM9000A support
tristate：built-in, module, exclude
當你用tristate type ---> < >DM9000A support
int, string, hex：
當你用int, string, or hex --->( ) DM9000A support.
- input prompt: "prompt" ["if" ]
選單上所看到的選項的字
Ex.
bool “Networking Support”
or
bool
prompt “Networking Support”
- default value: "default" ["if" ]
設定預設的值。
Ex.
config VECTORS_BASE
hex
default 0xffff0000 if MMU CPU_HIGH_VECTOR
default DRAM_BASE if REMAP_VECTORS_TO_RAM
default 0x00000000
- dependencies: "depends on"/"requires"
Ex.
config DM9000A
tristate "DM9000A support"
depends on NET_ETHERNET
select CRC32
如果NET_ETHERNET選項有選，才能看見DM9000A這選項。
- reverse dependencies: "select" ["if" ]
While normal dependencies reduce the upper limit of a symbol, reverse dependencies can be used to force a lower limit of another symbol. Reverse dependencies can only be used with bool or tristate symbols.
Ex.
config DM9000A
tristate "DM9000A support"
depends on NET_ETHERNET
select CRC32
當選擇DM9000A選項時，CRC32也一起被選入。
- help text: "help" or "---help---"
help的文字。
2. How to Add a Directory in Menu List
- menu：
主要是用menu and endmenu來建立。
menu “Device Driver”
config NETDEVICE
：
endmenu
- choice
目錄內選定的項目，會顯示在母目錄上，而且只能選一個選項。
Ex.
A--
-----a
-----b
-----c
a, b, c只能選一個，如果選擇a，則會顯示A (a) --->
=========================================
Choice
prompt "Subarchitecture Type"
default X86_PC
config X86_PC
bool "PC-compatible"
help
Choose this option if your computer is a standard PC or compatible.
config X86_ELAN
bool "AMD Elan"
help
Select this for an AMD Elan processor.
：
：
Endchoice
====================================================
如果選擇” PC-compatible”，則menulist上會顯示 Subarchitecture Type (PC-compatible) --->。
如果選擇” AMD Elan”，則menulist上會顯示 Subarchitecture Type (AMD Elan) --->。
- comment：在menu list 中顯示文字
comment "SCSI support type (disk, tape, CD-ROM)"
- 1月 15 週三 201416:48
建構strace for ARM
steps:
1. 從 http://sourceforge.net/projects/strace/files/strace/ 下載strace source code, 目前最新版為4.5.20 (strace-4.5.20.tar.bz2)
2. tar -jxv -f strace-4.5.20.tar.bz2
3. ./configure --host=arm-linux CC=arm-linux-gcc LD=arm-linux-ld , 配置makefile
4. make CFLAGS="-static" , 產生靜態可執行檔
5. (可做可不做) arm-linux-strip strace , 縮減strace的size
完成, 之後就可以把strace copy到ARM 的 linux平台上執行了
1. 從 http://sourceforge.net/projects/strace/files/strace/ 下載strace source code, 目前最新版為4.5.20 (strace-4.5.20.tar.bz2)
2. tar -jxv -f strace-4.5.20.tar.bz2
3. ./configure --host=arm-linux CC=arm-linux-gcc LD=arm-linux-ld , 配置makefile
4. make CFLAGS="-static" , 產生靜態可執行檔
5. (可做可不做) arm-linux-strip strace , 縮減strace的size
完成, 之後就可以把strace copy到ARM 的 linux平台上執行了
