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Linux内核24-内核同步理解

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。我们首先了解一下如何向内核请求服务。然后，看一下这些请求如何实现同步。Linux内核又是采用了哪些同步技术。...上面的服务员就非常类似于处于内核态的代码执行。如果CPU被用户态程序占用，服务员被认为是空闲的。老板的请求就类似于中断请求，而顾客请求就对应于用户进程发出的系统调用或异常。...基于这个原因，Linux2.6内核允许用户在编译内核代码的时候，通过配置，可以使能和禁止内核抢占。 4 什么时候需要同步技术？我们先了解一下内核进程的竞态条件和临界区的概念。...通过这些问题，我们掌握内核同步技术，为自己的内核程序设计最好的同步方法。 5 都有哪些同步技术？表5-2，列举了Linux内核使用的一些同步技术。...表5-2 Linux内核使用的一些同步技术技术描述范围 Per-CPU变量用于在CPU之间拷贝数据所有CPU 原子操作针对计数器的原子RMW指令所有CPU 内存屏障避免指令乱序本地CPU

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linux内核同步机制

关于同步理论的一些基本概念临界区（critical area）: 访问或操作共享数据的代码段简单理解：synchronized大括号中部分（原子性）竞争条件（race conditions）两个线程同时拥有临界区的执行权...数据不一致：（data unconsistency）由竞争条件引起的数据破坏同步（synchronization）避免race conditions 锁：完成同步的手段（门锁，门后是临界区，只允许一个线程存在...）上锁解锁必须具备原子性原子性（象原子一样不可分割的操作）有序性（禁止指令重排）可见性（一个线程内的修改，另一个线程可见）内核同步常用方法原子操作 – 内核中类似于AtomicXXX，位于... 自旋锁 – 内核中通过汇编支持的cas，位于读-写自旋 – 类似于ReadWriteLock，可同时读，只能一个写读的时候是共享锁，...（早期，现在已经不用）顺序锁（linux 2.6内核新增）： – 线程可以挂起的读写自旋锁序列计数器（从0开始，写时增加(+1)，写完释放(+1)，读前发现单数，说明有写线程，等待，读前读后序列一样

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Linux内核38-内核同步实际例子

要想一个系统不崩溃，性能还得好，同步技术是非常关键的。但是，完全避免竞态条件几乎是难于上青天。因为它要求对内核各个功能模块之间的交互得有一个清晰深刻的理解。...下面我们看一下Linux内核中一些具体保护数据访问的示例，加深对其理解，甚至可以在自己的内核设计上借鉴一下。...2 大内核锁关于这部分请参阅网友universus写的这篇文章-大内核锁将何去何从。我觉得写得还是非常详细的。...这是用户态多线程共享内存的硬件基础。假设内核需要为某个进程创建或扩展一段内存区域。为此，调用do_mmap()函数，分配一个新的类型为vm_area_struct虚拟内存给进程。...4 Slab Cache列表信号量 slab是一种Linux内核内存分配算法，slab分配算法采用cache存储内核对象。这些对象的描述符使用一个列表进行管理。

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linux 内核同步机制使用

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...3、信号量（semaphore） Linux内核的信号量在概念和原理上与用户态的System V的IPC机制信号量是一样的，但是它绝不可能在内核之外使用，因此它与System V的IPC机制信号量毫不相干...可是大内核锁不这么认为，持有大内核锁的用户是允许睡眠的-虽然我们并不鼓励这样，但是内核的大内核锁的设计方案里，会在进程切换时，检查当前进程是否持有大内核锁并释放，当重新获取到cpu后，再尝试抓这把大内核锁

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linux 内核态与用户态_linux内核态和用户态通信

2/用户态->内核态在linux中，用户对设备的操作往往被抽象为对文件的操作。利用这一特性，可以通过注册和实现伪字符设备到内核，来实现用户进程和内核空间的交互。...->用户态内核态中，可以完成对用户文件系统任意文件的访问。...因此，可以在内核态将要输出的信息写入文件，写入后用户态程序直接读取文件就可以完成从内核空间向用户空间的数据传递。...4/内核态用户态 proc文件系统，是当前内核或内核模块，和用户交互的主要方式，它通过将虚拟的文件系统挂载在/proc下，利用虚拟文件读写在用户和内核态间传递信息。...向内核中注册/proc下文件的调用是create_proc_entry 5/内核态用户态 netlink是一种特殊的socket，用于用户态与内核态的双向通讯。

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Linux内核36-内核同步之禁止中断

今天，我们了解一下内核同步的最后一种方法，关闭中断。这是一种简单粗暴的方式，但行之有效。 1 禁止中断作为嵌入式软件开发人员，对于禁止中断肯定不陌生。...同样，Linux也不会放弃禁止中断这么好的同步机制。它保证内核控制路径可以继续执行，其访问的数据结构不会被中断处理程序破坏。...所以，在多核系统中，内核数据结构的保护一般是禁止中断搭配自旋锁一起使用。...当内核代码进入临界代码段时，通过清除eflags寄存器中的IF标志实现禁止中断，从而保护临界代码段。但是，当内核离开临界代码段的时候，内核是否该恢复之前的IF标志呢？还是不做任何处理？...但是，事情不会那么简单，有时候，内核需要只禁止可延时函数，而不禁止中断。那怎么实现呢？

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Linux内核37-内核数据的同步访问

1 内核数据的同步访问前面，我们学习了这么多内核同步技术。那我们该怎么选择呢？选择不同的内核同步技术，可能对系统的性能影响很大。根据经验，基本可以遵守这么一条准则：尽可能高地保证系统的并发性。...那是因为，Linux内核提供的操作函数API已经封装了内存屏障原语。所以，大部分时候我们不需要关心它。...软中断是内核在编译阶段就预先定义好的，这是一个数组，数组元素个数正好是内核支持的软中断数量（Linux目前是32个，但实际只用了6个），而恰恰，内核为每个CPU都维护着一个表示软中断挂起标志位的32位变量...也就是说，用户无法根据自己的需要，设计自定义的软中断处理程序了。这怎么能行呢？于是，Linux在此基础上又提出了另一个概念，tasklet。...最常见的异常处理程序就是系统调用，因为它可能被多个进程并发调用，从而为用户态的程序提供内核服务。所以说，异常处理程序访问的数据结构就是可以分配给一个或多个进程的一种资源。

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内核态与用户态_linux内核态和用户态通信

每当一个进程被调度（schedule()）即将进入运行态时，Linux内核都要用该进程的PGD指针设置CR3（switch_mm()）。...可以看出Linux系统中每个进程的页面目录的第二部分是相同的，所以从进程的角度来看，每个进程有4G字节的虚拟空间，较低的3G字节是自己的用户空间，最高的1G字节则为与所有进程以及内核共享的系统空间。...*进程从用户态进入内核态不会引起CR3的改变但会引起堆栈的改变 5.8 Linux 系统中堆栈的使用方法本节内容概要描述了Linux内核从开机引导到系统正常运行过程中对堆栈的使用方式。...这部分内容的说明与内核代码关系比较密切，可以先跳过。在开始阅读相应代码时再回来仔细研究。 Linux 0.12系统中共使用了4种堆栈。...5.8.3 任务内核态堆栈与用户态堆栈之间的切换在Linux 0.12系统中，所有中断服务程序都属于内核代码。

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Linux内核同步机制之completion

Linux内核同步机制之completion 内核编程中常见的一种模式是，在当前线程之外初始化某个活动，然后等待该活动的结束。...这个活动可能是，创建一个新的内核线程或者新的用户空间进程、对一个已有进程的某个请求，或者某种类型的硬件动作，等等。在这种情况下，我们可以使用信号量来同步这两个任务。...内核也是这样做的。...运用运用LDD3中的例子： #include #include #include #include #include #include #include MODULE_LICENSE

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linux内核级同步机制--futex

在面试中关于多线程同步，你必须要思考的问题一文中，我们知道glibc的pthread_cond_timedwait底层是用linux futex机制实现的。...理想的同步机制应该是没有锁冲突时在用户态利用原子指令就解决问题，而需要挂起等待时再使用内核提供的系统调用进行睡眠与唤醒。...换句话说，在用户态的自旋失败时，能不能让进程挂起，由持有锁的线程释放锁时将其唤醒？...为了解决上述问题，linux内核引入了futex机制，futex主要包括等待和唤醒两个方法：futex_wait和futex_wake，其定义如下 //uaddr指向一个地址，val代表这个地址期待的值...本文将深入分析futex的实现，让读者对于锁的最底层实现方式有直观认识，再结合之前的两篇文章（关于同步的一点思考-上和关于同步的一点思考-下）能对操作系统的同步机制有个全面的理解。

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Linux内核同步原理学习笔记

(1)什么是内核同步所谓的内核同步就是对共享资源进行保护，防止并发访问。...4)是什么造成了并发执行 a.用户空间的并发原因用户空间之所以需要同步，是因为用户程序会被调度程序抢占和重新调度。...*内核抢占因为内核具有抢占性，所以内核中的任务可能被另一个任务抢占 *睡眠及与用户空间的同步睡眠可能导致用户进程切换 *对称多处理SMP 多个处理器可以同时执行代码内核开发者必须理解这些并发执行的原因...这种情况就需要更复杂的同步方法--锁来提供保护。 linux内核中最常见的锁是自旋锁(spin lock)。自旋锁最多只能被一个可执行线程持有，等待锁的进程采用忙循环等待(只针对smp)。...这个活动可能是创建一个新的内核线程或者新的用户空间进程，对一个已有进程的某个请求，或者某种类型的硬件活动等等。可以利用信号量对两个任务进行同步。

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linux中用户态和内核态是什么_用户态内核

内核态：操作系统在内核态运行——运行操作系统程序用户态：应用程序只能在用户态运行——运行用户程序当一个进程在执行用户自己的代码时处于用户运行态（用户态），此时特权级最低，为3级，...是普通的用户进程运行的特权级，大部分用户直接面对的程序都是运行在用户态。...Ring3状态不能访问Ring0的地址空间，包括代码和数据；当一个进程因为系统调用陷入内核代码中执行时处于内核运行态（内核态），此时特权级最高，为0级。...执行的内核代码会使用当前进程的内核栈，每个进程都有自己的内核栈。版权声明：本文内容由互联网用户自发贡献，该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。

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linux之用户空间和内核空间

linux驱动程序一般工作在内核空间，但也可以工作在用户空间。下面我们将详细解析，什么是内核空间，什么是用户空间，以及如何判断他们。...Linux简化了分段机制，使得虚拟地址与线性地址总是一致，因此，Linux的虚拟地址空间也为0～4G。Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。...而将较低的3G字节（从虚拟地址 0x00000000到0xBFFFFFFF），供各个进程使用，称为“用户空间）。因为每个进程可以通过系统调用进入内核，因此，Linux内核由系统内的所有进程共享。...Linux使用两级保护机制：0级供内核使用，3级供用户程序使用。从图中可以看出（这里无法表示图），每个进程有各自的私有用户空间（0～3G），这个空间对系统中的其他进程是不可见的。...对内核空间来说，其地址映射是很简单的线性映射，0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量，在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET。内核空间和用户空间之间如何进行通讯？

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理解Linux用户态和内核态

Linux整体架构图我们先来看一张Linux整体架构图。...根据不同的应用场景，不同的Linux发行版本提供的系统调用数量也不尽相同，大致在240-350之间。...Linux使用了Ring3级别运行用户态，Ring0作为内核态，没有使用Ring1和Ring2。Ring3状态不能访问Ring0的地址空间，包括代码和数据。...Linux进程的4GB地址空间，3G-4G部分大家是共享的，是内核态的地址空间，这里存放在整个内核的代码和所有的内核模块，以及内核所维护的数据。...而系统调用的机制其核心还是使用了操作系统为用户特别开放的一个中断来实现，例如Linux的int 80h中断。

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linux内核态和用户态小结

一内核态和用户态的区别当进程执行系统调用而陷入内核代码中执行时，我们就称进程处于内核状态。此时处理器处于特权级最高的(0级)内核代码。当进程处于内核态时，执行的内核代码会使用当前的内核栈。...每个进程都有自己的内核栈。当进程执行用户自己的代码时，则称其处于用户态。即此时处理器在特权级最低的用户代码中运行。当正在执行用户程序而突然中断时，此时用户程序也可以象征性地处于进程的内核态。...Linux使用了Ring3级别运行用户态。Ring0作为内核态，没有使用Ring1和Ring2。Ring3不能访问Ring0的地址空间，包括代码和数量。...Linux进程的4GB空间，3G-4G部分大家是共享的，是内核态的地址空间，这里存放在整个内核代码和所有的内核模块，以及内核所维护的数据。...这样，用户态的程序就不能随意操作1内核地址空间，具有一定的安全保护作用二用户态和内核态的转换的3种方式 1.系统调用这是用户进程主动要求切换到内核态的一种方式，用户进程通过系统调用申请操作系统提供的服务程序完成工作

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数据治理（十四）：Ranger同步Linux用户

Ranger同步Linux用户同步Linux中的用户需要用到RangerUsersync模块，这个模块需要单独安装，主要可以将Linux机器上的用户和组信息同步到Ranger中管理。...“ranger-ugsync-site.xml”进入到目录“/software/ranger-2.1.0-usersync/conf”下配置“ranger-ugsync-site.xml”设置开启自动同步用户...6）停止usersync模块[root@node1 software]# ranger-usersync stop二、同步用户查看1）登录Ranger查看同步用户当启动usersync模块之后，会自动同步当前...Linux系统中的用户，注意：这里只会同步除了root和虚拟用户外的用户（UID和GID号小的不同步）：图片2）同步用户执行如下命令,在linux中添加新的用户:[root@node1 ~]# useradd...zhangsan[root@node1 ~]# passwd zhangsan输入密码：zhangsan等待1分钟，查看Ranger中同步的用户如下：图片

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Linux内核同步机制之（一）：原子操作

在多CPU体系结构中，运行在两个CPU上的两个内核控制路径同时并行执行上面操作序列，有可能发生下面的场景： ?...二、对策对于那些有多个内核控制路径进行read-modify-write的变量，内核提供了一个特殊的类型atomic_t，具体定义如下： ?...三、ARM中的实现我们以atomic_add为例，描述linux kernel中原子操作的具体代码实现细节： ?...ldr和str这两条指令大家都是非常的熟悉了，后缀的ex表示Exclusive，是ARMv7提供的为了实现同步的汇编指令。..."Linux阅码场"是专业的Linux及系统软件技术交流社区，企业和Linux人才的连接枢纽。

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【Linux 内核】Linux 内核体系架构 ( 硬件层面 | 内核空间 | 用户空间 | 内核态与用户态切换 | 系统调用 | 体系结构抽象层 )

文章目录一、Linux 内核体系架构二、内核态与用户态切换 ( 系统调用层 ) 三、体系结构抽象层一、Linux 内核体系架构 ---- Linux 内核最初的源码不足一万行 , 当前的 Linux...应用程序进程 , 虚拟机等 ; 二、内核态与用户态切换 ( 系统调用层 ) ---- Linux 内核实现内核态和用户态 , 使用到了 ring0 和 ring3 两种模式 , ring0...是内核态 , ring3 是用户态 ; 软件抽象层作用 : Linux 内核中 , 使用软件抽象层在内核态 ( ring0 ) 和用户态 ( ring3 ) 之间进行切换 ; 软件抽象层又称为...系统调用层 ( System Call ) ; 每种处理器体系结构都提供了实现用户态与内核态之间切换的特殊指令 , Linux 内核也利用了该特殊指令 , 进行了用户态与内核态的切换..., 具体该文件在磁盘上的哪个扇区 , 具体的物理地址是多少 , 用户进程并不关心 , 用户进程 , 大多数时间在用户态运行 , 当需要向内核请求相关设备时 , 只需要调用系统提供的系统调用接口

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Linux探秘之用户态与内核态

一、 Unix/Linux的体系架构　　如上图所示，从宏观上来看，Linux操作系统的体系架构分为用户态和内核态（或者用户空间和内核）。...Intel的X86架构的CPU提供了0到3四个特权级，数字越小，特权越高，Linux操作系统中主要采用了0和3两个特权级，分别对应的就是内核态和用户态。...很多程序开始时运行于用户态，但在执行的过程中，一些操作需要在内核权限下才能执行，这就涉及到一个从用户态切换到内核态的过程。...注意：系统调用的本质其实也是中断，相对于外围设备的硬中断，这种中断称为软中断，这是操作系统为用户特别开放的一种中断，如Linux int 80h中断。...三、总结　　本文仅是从宏观的角度去理解Linux用户态和内核态的设计，并没有去深究它们的具体实现方式。从实现上来看，必须要考虑到的一点我想就是性能问题，因为用户态和内核态之间的切换也会消耗大量资源。

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Linux探秘之用户态与内核态

Unix/Linux的体系架构如上图所示，从宏观上来看，Linux操作系统的体系架构分为用户态和内核态（或者用户空间和内核）。...Intel的X86架构的CPU提供了0到3四个特权级，数字越小，特权越高，Linux操作系统中主要采用了0和3两个特权级，分别对应的就是内核态和用户态。...很多程序开始时运行于用户态，但在执行的过程中，一些操作需要在内核权限下才能执行，这就涉及到一个从用户态切换到内核态的过程。...注意：系统调用的本质其实也是中断，相对于外围设备的硬中断，这种中断称为软中断，这是操作系统为用户特别开放的一种中断，如Linux int 80h中断。...最后总结本文仅是从宏观的角度去理解Linux用户态和内核态的设计，并没有去深究它们的具体实现方式。从实现上来看，必须要考虑到的一点我想就是性能问题，因为用户态和内核态之间的切换也会消耗大量资源。

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