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为什么在中断处理程序中使用自旋锁

在中断处理程序中使用自旋锁的原因是为了确保对共享资源的访问是安全的。中断处理程序是在中断事件发生时被触发执行的,它会打断当前正在执行的程序,因此可能会与其他程序同时访问共享资源。为了避免多个程序同时访问共享资源而导致数据不一致或者竞争条件的发生,需要使用同步机制来保护共享资源的访问。

自旋锁是一种简单的同步机制,它通过忙等待的方式来实现同步。当一个中断处理程序需要访问共享资源时,它会尝试获取自旋锁。如果自旋锁已经被其他程序持有,那么该中断处理程序会一直循环等待,直到自旋锁被释放。这种忙等待的方式可以避免上下文切换的开销,因为中断处理程序需要尽快完成执行。

使用自旋锁的优势是它的实现简单,开销较小。自旋锁不会引起上下文切换,因此在中断处理程序中使用自旋锁可以提高系统的响应性能。然而,自旋锁也存在一些缺点,例如自旋锁会占用CPU资源,如果自旋锁被长时间持有,会导致其他程序无法执行。

在中断处理程序中使用自旋锁的应用场景包括:

  1. 多处理器系统中的中断处理程序,因为在多处理器系统中,中断处理程序可能会与其他处理器同时访问共享资源。
  2. 对于一些对响应时间要求较高的中断处理程序,使用自旋锁可以避免上下文切换的开销,提高系统的响应性能。

腾讯云提供了一些与自旋锁相关的产品和服务,例如云服务器(ECS)和弹性容器实例(Elastic Container Instance),它们可以用于部署中断处理程序所需的计算资源。此外,腾讯云还提供了云原生服务(Cloud Native Service)和容器服务(Container Service),可以帮助开发人员更好地管理和部署中断处理程序所需的容器化应用。

更多关于腾讯云产品和服务的信息,您可以访问腾讯云官方网站:https://cloud.tencent.com/

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多线程编程之自旋锁

自旋锁是专为防止多处理器并发(实现保护共享资源)而引入的一种锁机制。自旋锁与互斥锁比较类似,它们都是为了解决对某项资源的互斥使用。无论是互斥锁,还是自旋锁,在任何时刻,最多只能有一个保持者,也就说,在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。但是两者在调度机制上略有不同。对于互斥锁,如果资源已经被占用,资源申请者只能进入睡眠状态。但是自旋锁不会引起调用者睡眠,如果自旋锁已经被别的执行单元保持,调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁,“自旋”一词就是因此而得名。自旋锁在内核中大量应用于中断处理等部分(对于单处理器来说,防止中断处理中的并发可简单采用关闭中断的方式,即在标志寄存器中关闭/打开中断标志位,不需要自旋锁)。

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  • MIT 6.S081 教材第六章内容 -- 锁 --上

    大多数内核,包括xv6,交错执行多个活动。交错的一个来源是多处理器硬件:计算机的多个CPU之间独立执行,如xv6的RISC-V。多个处理器共享物理内存,xv6利用共享(sharing)来维护所有CPU进行读写的数据结构。这种共享增加了一种可能性,即一个CPU读取数据结构,而另一个CPU正在更新它,甚至多个CPU同时更新相同的数据;如果不仔细设计,这种并行访问可能会产生不正确的结果或损坏数据结构。即使在单处理器上,内核也可能在许多线程之间切换CPU,导致它们的执行交错。最后,如果中断发生在错误的时间,设备中断处理程序修改与某些可中断代码相同的数据,可能导致数据损坏。单词并发(concurrency)是指由于多处理器并行、线程切换或中断,多个指令流交错的情况。

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    spin_lock的变体

    当处理器上当前进程A需要对共享变量a操作,所以在操作前通过spin_lock获取锁进入临界区,如上图标号1。当进程A进入临界区后,进程A所在的处理器发生了一个外部硬件中断,此时系统必须停下进程A的执行转向执行中断,如上图标号2。假设中断处理程序也需要操作共享变量a,所以在操作之前也许要调用spin_lock获取锁来操作变量a。当中断处理程序试图去获取变量a的时候,因为之前被中断的进程A已经获取了锁,于是将导致中断处理程序进入自旋状态。在中断处理程序中出现自旋是非常致命的,因为中断处理程序必须尽可能短的返回。同时被中断进程A因中断处理程序不能返回而无法恢复执行,也就不可能释放锁,所以将导致中断处理程序一直自旋下去,出现死锁。所以就引入了spin_lock的变体出现。

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    Linux实时补丁即将合并进Linux 5.3

    所谓实时,就是一个特定任务的执行时间必须是确定的,可预测的,并且在任何情况下都能保证任务的时限(最大执行时间限制)。实时又分软实时和硬实时,所谓软实时,就是对任务执行时限的要求不那么严苛,即使在一些情况下不能满足时限要求,也不会对系统本身产生致命影响,例如,媒体播放系统就是软实时的,它需要系统能够在1秒钟播放24帧,但是即使在一些严重负载的情况下不能在1秒钟内处理24帧,也是可以接受的。所谓硬实时,就是对任务的执行时限的要求非常严格,无论在什么情况下,任务的执行实现必须得到绝对保证,否则将产生灾难性后果,例如,飞行器自动驾驶和导航系统就是硬实时的,它必须要求系统能在限定的时限内完成特定的任务,否则将导致重大事故,如碰撞或爆炸等。

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    领券