Linux内核同步机制解析

"深入理解Linux内核（中文第三版）第五章详细探讨了内核同步这一核心概念，旨在解决多线程环境下并发执行可能导致的竞争条件。内核被比喻为响应不同请求的服务器，这些请求可能来自运行的进程或外部设备中断。内核执行的交错性使得同步机制变得至关重要。 在内核中，有两种主要类型的请求：一种是来自用户态进程的系统调用或异常（顾客请求），另一种是硬件中断（老板请求）。内核以类似服务员处理老板和顾客的方式处理这两种请求： 1. 如果内核（服务员）空闲，会立即响应老板（中断）的请求。 2. 当内核正在处理顾客（进程）请求时，老板的请求会打断当前服务，优先处理老板请求。 3. 如果老板请求在处理另一个老板请求的过程中到来，内核会切换服务对象，待完成当前请求后再回到原老板的请求。 4. 内核抢占允许高优先级的进程暂停低优先级进程的服务，即使低优先级进程正在执行内核代码。 内核抢占是Linux 2.6内核的一个重要特性，它增加了系统的响应性和实时性。但定义内核抢占并不简单，因为它涉及到如何在保证系统稳定性和性能的同时，允许更高优先级的任务中断低优先级任务的内核执行时间。 内核同步机制包括互斥锁、信号量、读写锁、自旋锁、原子操作等，它们用于保护共享资源，防止竞争条件的发生。这些机制在内核中广泛使用，确保多个并发执行的线程或中断处理程序能正确无误地访问共享数据结构和资源。 互斥锁提供独占访问，一次只有一个线程能持有锁。信号量用于管理有限资源的访问，允许多个线程同时访问。读写锁允许多个读取者同时访问，但写入时会互斥。自旋锁适用于短暂的锁定，等待线程不会睡眠，而是持续检查锁是否释放。原子操作则保证操作在多线程环境中的完整性，不会被中断。 本章还会通过具体例子展示如何在实际的内核代码中应用这些同步机制，帮助读者理解和掌握Linux内核在并发环境下的工作原理。这不仅对理解内核内部运作至关重要，也为编写高效、安全的内核模块提供了理论基础。