Linux 内核中的同步机制：原子操作、信号量、读写信号量、自旋锁的API、大内核锁、读写锁、大读者锁、RCU和顺序锁。 1、介绍 在现代操作系统里，同一时间可能有多个内核执行流在执行，即使单CPU内核也需要一些同步机制来同步不同执行单元对共享的数据的访问。 主流的Linux内核中的同步机制包括： 原子操作 信号量（semaphore） 读写信号量（rw_semaphore） 自旋锁spinlock 大内核锁BKL(Big Kernel Lock) 读写锁rwlock、 brlock（只包含在2.4内核中
在现代操作系统里，同一时间可能有多个内核执行流在执行，因此内核其实像多进程多线程编程一样也需要一些同步机制来同步各执行单元对共享数据的访问，尤其是在多处理器系统上，更需要一些同步机制来同步不同处理器上的执行单元对共享的数据的访问。在主流的Linux内核中包含了如下这些同步机制包括：
每一种技术的出现必然是因为某种需求。正因为人的本性是贪婪的，所以科技的创新才能日新月异。
前言：非常早之前就接触过同步这个概念了，可是一直都非常模糊。没有深入地学习了解过，最近有时间了，就花时间研习了一下《linux内核标准教程》和《深入linux设备驱动程序内核机制》这两本书的相关章节。趁刚看完，就把相关的内容总结一下。
Linux 的同步机制不断发展完善。从最初的原子操作,到后来的信号量,从大内核锁到今天的自旋锁。这些同步机制的发展伴随Linux从单处理器到对称多处理器的过渡;
本文主要介绍进程间通信（IPC，Inter Process Communication）的一些方式，包括：
4.一般要阻塞，就算使用 O_NONBLOCK 标志位来达到不阻塞，也要一次性把管道写满才能不阻塞，但是无法知道管道可写空间是多少
自旋锁与互斥锁有点类似，只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。
在操作系统中，进程之间需要进行通信以实现协作和数据共享。以下是几种常见的进程通信方式：1）管道（Pipe）：管道是一种半双工的通信方式，它可以在两个进程之间传递数据。管道的特点是数据只能单向流动，而且通常只用于具有亲缘关系的进程之间进行通信，例如父子进程之间。
2016.3.15，参加了CVTE的技术面，很不幸，我和我的两位小伙伴均跪在了一面。先将当日的面试内容汇总如下，供后来者参考。我们三人各自也都总结了失败的原因，大致如下：
在多年前，linux还没有支持对称多处理器SMP的时候，避免并发数据访问相对简单。
可移植多任务调度中间件，用于嵌入式环境，与应用程序一起编译打包，参考FreeRTOS实现。
转载请标明原址：linux驱动最新面试题（面试题整理，含答案）_不忘初心-CSDN博客_linux驱动面试题
要深入理解Linux内核中的同步与互斥的实现，需要先了解一下内联汇编：在C函数中使用汇编代码。
注: 此系列内容来自网络，未能查到原作者。感觉不错，在此分享。不排除有错误，可留言指正。
首先Binder是Android中的一种独有的跨进程通信方式，简称IPC。它是专门为Android平台设计的。
实时分为硬实时和软实时，硬实时要求绝对保证响应时间不超过期限，如果超过期限，会造成灾难性的后果，例如汽车在发生碰撞事故时必须快速展开安全气囊；软实时只需尽力使响应时间不超过期限，如果偶尔超过期限，不会造成灾难性的后果.
（1）复制的内容不同。strcpy只能复制字符串，而memcpy可以复制任意内容，例如字符数组、整型、结构体、类等。
由于Android系统是基于Linux系统的，所以有必要简单的介绍下Linux的跨进程通信，对大家后续了解Android的跨进程通信是有帮助的，本篇的主要内容如下：
实时系统要求对事件的响应时间不能超过规定的期限，响应时间是指从某个事件发生到负责处理这个事件的进程处理完成的时间间隔，最大响应时间应该是确定的、可以预测的。
Linux操作系统概述 Q1.什么是GNU？Linux与GNU有什么关系？ A： 1)GNU是GNU is Not Unix的递归缩写，是自由软件基金会(Free Software Foundation，FSF)的一个项目，该项目已经开发了许多高质量的编程工具，包括emacs编辑器、著名的GNU C和C++编译器(gcc和g++)； 2)Linux的开发使用了许多GNU工具，Linux系统上用于实现POSIX.2标准的工具几乎都是由GNU项目开发的；Linux内核、GNU工具以及其它一些自由软件组成
在早期的 Linux内核中，并发的来源相对较少。早期内核不支持对称多处理（ symmetric multi processing,SMP），因此，导致并发执行的唯一原因是对硬件中断的服务。这种情况处理起来较为简单，但并不适用于为获得更好的性能而使用更多处理器且强调快速响应事件的系统。
信号是一种进程间通信机制，信号都有一个对应的默认处理行为，信号触发时，信号处理函数和进程正常的执行流程同时存在，这会给编程带来隐患，如果信号处理函数中调用了不可重入函数的话。信号同其他进程间通信技术（管道、共享内存）相比，传递的信息还是有限的，由于信息较少所以也方便管理，一般在系统管理中使用，比如终止或者恢复进程等。 ·
笔记一： 今天粗略的看了一下周立功关于uc/osII在lpc2104上的移植方面的说明，这之中印象最深的应该是irq中断和软中断方面的处理，由于arm芯片的特殊性（拥有7种处理器模式），即每种处理器模式都有自己的堆栈，这样在处理堆栈的时候就会相应的麻烦一些。 在 响应异常时，该移植计划在初始代码里面比在没有操作系统的初始代码多了irq的处理，移植里面的irq处理多了由汇编语言编写的对任务环境的保存，没操作 系统的中的任务环境的保存都是由在产生irq中断是用c语言声明的__irq关键字来完成了，移植中irq中断不能采用__irq关键字，因为c语言不能 保证堆栈结构，而uc/osII必须要保证堆栈结构。除此之外，相对于没操作系统的初始代码，基本上是没有什么改变。 在uc/osII的任务切换 中，采用了arm里面的软中断指令swi来执行，对于非中断性的任务切换（如挂起和等待信号量的时候）uc/osII是采用了宏os_task_sw() 来执行的，然后联系到osctxsw（）函数来完成任务切换，而遇到中断情况时在返回是需要任务切换是则采用了osintctxsw（）来执行的，在周立 功的移植当中，他把osctxsw（）与osintctxsw（）合二为一了，统一采用osintctxsw（）来实现。之所以这样搞的原因是任务进行切 换的时候，都必须进入软中断的状态，而对于软中断的异常响应代码已经将任务的环境变量进行了保存，从而也不需要像osctxsw（）里面规定的那样对将环 境变量进行保存。 这是我看今天看了移植说明后所理解的东西，当然还得细致的对代码进行分析，特别是osintctxsw（）代码的分析，虽然移植的代码大体是遵从了uc/osII的编码规范，但对于arm的多种处理器模式移植代码有特别的改变，以实现cpu时间和ram的利用。
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）。
1、CPU使用率不高但是软中断已经到了10%，从非idle状态的全部用在了软中断上面。
在Hi3559A中，liteos是用于Cortex-A53，用于处理MPP 媒体业务逻辑的；
操作系统中存在多个进程并发访问和操作同一个数据，并且执行结果和进程执行的特定顺序有关，称为：竞争条件。为了防止竞争条件发生，我们需要确保一段时间内只有一个进程能操作这个数据。为了实现这个保证，进程之间必须要同步。
多任务系统中, 内核负责管理各个任务, 或者说为每个任务分配CPU时间, 并且负责任务之间的通讯.
打算给我们部门弄个内部分享。发现大家对一些底层知识的认知停留在一句一句的，比如听说JVM使用-XX:-UseBiasedLocking取消偏向锁可以提高性能，因为它只适用于非多线程高并发应用。使用数字对象的缓存-XX:AutoBoxCacheMax=20000比默认缓存-128~127要提高性能。对于JVM和linux内核，操作系统没有系统的概念，遇到实际问题往往没有思路。所以我的内部分享，主要分为linux部分，jvm部分和redis部分。这篇是linux篇。学习思路为主，知识为辅。我也是菜鸟一枚~~
中断服务程序一般都是在中断请求关闭的条件下执行的,以避免嵌套而使中断控制复杂化。但是，中断是一个随机事件，它随时会到来，如果关中断的时间太长，CPU就不能及时响应其他的中断请求，从而造成中断的丢失。因此，Linux内核的目标就是尽可能快的处理完中断请求，尽其所能把更多的处理向后推迟。例如，假设一个数据块已经达到了网线，当中断控制器接受到这个中断请求信号时，Linux内核只是简单地标志数据到来了，然后让处理器恢复到它以前运行的状态，其余的处理稍后再进行（如把数据移入一个缓冲区，接受数据的进程就可以在缓冲区找到数据）。因此，内核把中断处理分为两部分：上半部（tophalf）和下半部（bottomhalf），上半部（就是中断服务程序）内核立即执行，而下半部（就是一些内核函数）留着稍后处理。
| 导语 本文主要是讲Linux的调度系统, 由于全部内容太多，分三部分来讲，调度可以说是操作系统的灵魂，为了让CPU资源利用最大化，Linux设计了一套非常精细的调度系统，对大多数场景都进行了很多优化，系统扩展性强，我们可以根据业务模型和业务场景的特点，有针对性的去进行性能优化，在保证客户网络带宽前提下，隔离客户互相之间的干扰影响，提高CPU利用率，降低单位运算成本，提高市场竞争力。欢迎大家相互交流学习！
用户空间(User Space) ：用户空间又包括用户的应用程序(User Applications)、C 库(C Library) 。
一. linux内核简介 1. linux简介 1.1 unix的特点 unix很简洁，仅提供几百个系统调用，并有非常明确的设计目的 unix所有东西都当作文件对待，这种抽象使对数据和设备都通过一套相同的系统调用接口进行 内核用C语言编写，移植能力很强 进程创建迅速，独特的fork调用 提供了简洁但是稳定的进程间通讯原语 1.2 unix和linux linux克隆unix，但不是unix linux借鉴了unix很多的设计，并且实现了 unix的api linux没有直接使用unix的源代码，但完整表达了
如果需要多个进程合作来完成某个任务，那个可能会存在资源争用或者其他一些意想不到的问题，这个时候，就需要通过实现进程同步来防止问题的产生。
除了原子操作，中断屏蔽，自旋锁以及自旋锁的衍生锁之外，在Linux内核中还存在着一些其他同步互斥的手段。
在Linux设备驱动中，我们必须要解决的一个问题是：多个进程对共享资源的并发访问，并发的访问会导致竞态。
我们可以把内核想象成一个服务器，专门响应各种请求。这些请求可以是CPU上正在运行的进程发起的请求，也可以是外部的设备发起的中断请求。所以说，内核并不是串行运行，而是交错执行。既然是交错执行，就会产生竞态条件，我们可以采用同步技术消除这种竞态条件。
对于信号量我们并不陌生。信号量在计算机科学中是一个很容易理解的概念。本质上，信号量就是一个简单的整数，对其进行的操作称为PV操作。进入某段临界代码段就会调用相关信号量的P操作；如果信号量的值大于0，该值会减1，进程继续执行。相反，如果信号量的值等于0，该进程就会等待，直到有其它程序释放该信号量。释放信号量的过程就称为V操作，通过增加信号量的值，唤醒正在等待的进程。
综述 在上一篇介绍了linux驱动的调试方法，这一篇介绍一下在驱动编程中会遇到的并发和竟态以及如何处理并发和竞争。 首先什么是并发与竟态呢？并发(concurrency)指的是多个执行单元同时、并行被执行。而并发的执行单元对共享资源(硬件资源和软件上的全局、静态变量)的访问则容易导致竞态(race conditions)。可能导致并发和竟态的情况有： SMP（Symmetric Multi-Processing），对称多处理结构。SMP是一种紧耦合、共享存储的系统模型，它的特点是多个CPU使用共同的系统总线
在上一部分，我们讨论了最基本常见的几类同步机制，这一部分我们将讨论相对复杂的几种同步机制，尤其是读写信号量和RCU，在操作系统内核中有相当广泛的应用。
并发相关的缺陷是最容易制造的，也是最难找到的，为了响应现代硬件和应用程序的需求，Linux 内核已经发展到同时处理更多事情的时代。这种变革使得内核性能及伸缩性得到了相当大的提高，然而也极大提高了内核编程的复杂性。
因为现代操作系统是多处理器计算的架构，必然更容易遇到多个进程，多个线程访问共享数据的情况，如下图所示：
中断其实就是由硬件或软件所发送的一种称为IRQ（中断请求）的信号。中断允许让设备，如键盘，串口卡，并口等设备表明它们需要CPU。
工作队列（work queue）是另外一种将工作推后执行的形式，tasklet(小任务机制)有所不同。工作队列可以把工作推后，交由一个内核线程去执行，也就是说，这个下半部分可以在进程上下文中执行。这样，通过工作队列执行的代码能占尽进程上下文的所有优势。最重要的就是工作队列允许被重新调度甚至是睡眠。
linux内核中有多种内核锁，内核锁的作用是： 多核处理器下，会存在多个进程处于内核态的情况，而在内核态下，进程是可以访问所有内核数据的，因此要对共享数据进行保护，即互斥处理； linux内核锁机制有信号量、互斥锁、自旋锁还有原子操作。 一、信号量(struct semaphore)： 是用来解决进程/线程之间的同步和互斥问题的一种通信机制，是用来保证两个或多个关键代码不被并发调用。 信号量（Saphore）由一个值和一个指针组成，指针指向等待该信号量的进程。信号量的值表示相应资源的使用情况。信号量S>=0
我们使用过windows的都知道，当一个程序被卡死的时候不管怎样都没反应，这样我们就可以打开任务管理器直接强制性的结束这个进程，这个方法的实现就是和Linux上通过生成信号和捕获信号来实现相似的，运行过程中进程捕获到这些信号做出相应的操作使最终被终止。
设备的中断会打断内核进程中的正常调度和运行，系统对更高吞吐率的追求势必要求中断服务程序尽量短小精悍。但是，这个良好的愿望往往与现实并不吻合。在大多数真实的系统中，当中断到来时，要完成的工作往往并不会是短小的，它可能要进行较大量的耗时处理。 下图描述了Linux内核的中断处理机制。为了在中断执行时间尽量短和中断处理需完成的工作尽量大之间找到一个平衡点，Linux将中断处理程序分解为两个半部：顶半部和底半部。
Linux里的信号量是一种睡眠锁，调用者试图获得一个已被占用的信号量时，信号量会将其推入一个等待队列，让其睡眠。当该信号量被释放后，等待队列中的任务会被唤醒，获得该信号量。
领取专属 10元无门槛券
手把手带您无忧上云
云服务器
ICP备案
对象存储
即时通信 IM
实时音视频
