Linux內(nèi)核中在自旋鎖，信號量及中斷禁止之間的選擇

zhanglong71

ULK3 第五章　中的　“在自旋鎖，信號量及中斷禁止之間的選擇”粗略歸納了下，希望能與大家一起紙上談兵。加深認(rèn)識。

Linux內(nèi)核中在自旋鎖，信號量及中斷禁止之間的選擇

一.linux內(nèi)核控制路徑的三種執(zhí)行環(huán)境：
        1>中斷
                中斷的頂半部分，也就是用request_irq注冊的中斷例程
                處中斷上下文，不可睡眠
        2>可延遲函數(shù)(軟中斷及基于軟中斷實(shí)現(xiàn)的其它處理函數(shù)，如tasklet, 定時(shí)器等)
                被中斷的頂半部分觸發(fā)，并在稍后時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的例程。
                處中斷上下文，不可睡眠

                一般是:
                由open_softirq注冊，在中斷處理中由raise_softirq觸發(fā)的函數(shù)。
                由tasklet_init初始化，在中斷處理中由tasklet_schedule調(diào)度的函數(shù)。

        3>異常
                典型是系統(tǒng)調(diào)用(內(nèi)核線程也算吧)。
                處進(jìn)程上下文，可睡眠
               
中斷，異常及可延遲函數(shù)之間對cpu的爭奪：
        1>中斷處理程序可以搶占其它中斷處理程序
        2>中斷處理程序可以搶占異常
        3>中斷處理程序可以搶占可延遲函數(shù)

        4>中斷處理程序在退出前觸發(fā)可延遲函數(shù)。
        5>一個(gè)可延遲函數(shù)不能搶占中斷處理程序。
        6>一個(gè)可延遲函數(shù)不能搶占另一個(gè)可延遲函數(shù)。
        7>相同類型的軟中斷可以并發(fā)的運(yùn)行在多個(gè)cpu上
        8>相同類型的tasklet只能被串行的執(zhí)行，不同類型的tasklet可以在幾個(gè)cpu上并發(fā)執(zhí)行。tasklet基于軟中斷而實(shí)現(xiàn)(可視為加入約束的軟中斷?)。
        9>軟中斷始終在觸發(fā)它的同一個(gè)cpu上執(zhí)行，tasklet也是。

        10>異常不能搶占中斷，不能搶占可延遲函數(shù)，不能搶占異常(缺頁不在考慮之中)

二.自信號旋鎖，信號量及關(guān)中斷的之間的……
        自旋鎖：在竟?fàn)帡l件下，反復(fù)執(zhí)行緊湊的循環(huán)指令，直到鎖被釋放。防止多cpu間的竟?fàn)帯?br />         信號量：在竟?fàn)帡l件下，不允許內(nèi)核控制路徑繼續(xù)進(jìn)行，相應(yīng)的進(jìn)程被掛起。因此中斷處理，和可延遲函數(shù)都不能使用信號量。
        關(guān)中斷：禁用本地中斷。關(guān)中斷都是為了防止同一cpu下的中斷搶占，關(guān)本地中斷后，可延遲函數(shù)也被禁止了。

三.Linux內(nèi)核中在自旋鎖，信號量及中斷禁止之間的選擇

3.1僅異常時(shí)的數(shù)據(jù)訪問保護(hù)
        1>單處理器：此時(shí)的CPU運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)為用戶進(jìn)程提供服務(wù)。此竟?fàn)帡l件可通過信號量避免。
        2>多處理器：與單處理器環(huán)境時(shí)相同

        3>訪問per-cpu變量時(shí)，要禁用搶占。
       
3.2僅中斷時(shí)的數(shù)據(jù)訪問保護(hù)
        單處理器
        1>只有一個(gè)中斷的“上半部分”訪問時(shí)，中斷都相對自己串行地執(zhí)行，無需同步。
        2>多個(gè)中斷的“上半部分”訪問時(shí)，要關(guān)中斷。
        多處理器
        3>只有一個(gè)中斷的“上半部分”訪問時(shí)，中斷都相對自己串行地執(zhí)行，無需保護(hù)。
        4>多個(gè)中斷可訪問時(shí)，要關(guān)中斷，并加上自旋鎖。

3.3僅可延遲函數(shù)(軟中斷和tasklet)中的數(shù)據(jù)訪問保護(hù)
        單處理器
        1>上不存在競爭問題
        多處理器
        2>軟中斷訪問的數(shù)據(jù)使用自旋鎖，防止多cpu竟?fàn)?br />         3>僅由一種tasklet訪問的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不需要保護(hù)
        4>被多種tasklet訪問需要用自旋鎖保護(hù)

3.4.異常和中斷時(shí)的數(shù)據(jù)訪問保護(hù)(只考慮一種中斷與一種異常)
        單處理器
        1>在異常的訪問中關(guān)閉中斷；中斷的訪問中不需要保護(hù)
        多處理器
        2>在異常的訪問中關(guān)閉本地中斷，并加上自旋鎖；中斷的訪問中加上自旋鎖即可(可用緊循環(huán)和down_trylock代替自旋的功能)

3.5.異常和可延遲函數(shù)中的數(shù)據(jù)訪問保護(hù)(只考慮一種異常與一種可延遲函數(shù))
        單處理器
        1>在異常訪問中關(guān)閉中斷(禁止可延遲函數(shù)更合適)；可延遲函數(shù)無需保護(hù)
        多處理器
        2>在異常訪問中關(guān)閉中斷(禁止可延遲函數(shù)更合適)并加上自旋鎖；可延遲函數(shù)加上自旋鎖

3.6.中斷和可延遲函數(shù)中的數(shù)據(jù)訪問保護(hù)(只考慮一種中斷與一種可延遲函數(shù))
        單處理器
        1>可延遲函數(shù)訪問中關(guān)閉中斷；中斷的訪問中不需要保護(hù)
        多處理器
        2>可延遲函數(shù)訪問中關(guān)閉中斷，并加上自旋鎖；中斷的訪問中加上自旋鎖

3.7.異常，中斷和可延遲函數(shù)中的數(shù)據(jù)訪問保護(hù)(只考慮一種中斷一種可延遲函數(shù)一種異常)
        單處理器
        1>在異常訪問中關(guān)閉中斷； 可延遲函數(shù)訪問中關(guān)閉中斷 ；中斷的訪問中不需要保護(hù)
        多處理器
        2>在異常訪問中關(guān)閉中斷并加上自旋鎖； 可延遲函數(shù)訪問中關(guān)閉中斷并加上自旋鎖 ；中斷的訪問中加上自旋鎖

其它的場景都可看作以上場景的組合
        如：異常，中斷和可延遲函數(shù)中的數(shù)據(jù)訪問保護(hù)�？煽醋髦袛嗪涂裳舆t函數(shù)，中斷和異常的組合。可同時(shí)使用相應(yīng)的保護(hù)方式。

Godbach

感謝 LZ  分析

瀚海書香

大家可以結(jié)合帖子http://72891.cn/viewthread.php?tid=2016217，加深一下對內(nèi)核同步的理解。

phoxia

不錯(cuò)，學(xué)習(xí)了