linux内核设计与实现读书笔记——内核同步
一、内核并发原因：
1）中断：由于中断可以打断当前正在执行的代码异步发生
2）软中断和tasklet：内核可以打断当前正在执行的代码，在任何时刻唤醒或者调度软中断和tasklet
3）内核抢占：被其它内核任务抢占
4）睡眠、用户空间同步：内核执行的进程睡眠引起程序调度
5）对称多处理器：多个处理器同时并发执行代码
中断安全代码(interrupt-saft)：中断处理程序中避免并发访问的安全代码。
SMP安全代码(SMP-safe)：对称多处理器的机器中能避免并发访问的安全代码。（CONFIG_SMP配置选项控制内核是否支持SMP，若单处理器可以选择不下载）
抢占安全代码(preempt-safe)：在内核抢占时避免并发访问的安全代码。
锁的争用：高度争用的锁会成为系统的瓶颈，降低系统的性能。
扩展性：细粒度
二、内核同步方法
1、原子操作
内核提供：
对整数的原子操作接口：对atomic_t类型的数据进行处理，操作声明在
位操作的原子操作接口：定义在
2、自旋锁
1）原理：同一时刻至多被一个可执行线程持有，其它线程请求时忙等。不能被长时间占有，在短时间内进行轻量级加锁。
2）实现方法：定义在文件
注意：
自旋锁不能递归。自旋锁是多处理器防止并发的保护机制，单处理器时则被当做内核抢占机制是否启用的开关。
中断处理程序中，在获取锁之前要禁止本地中断，避免双重请求死锁。spin_unlock_irqsave保存当前中断状态并禁止本地中断，store解锁。
下半部和进程上下文共享数据时候必须对上下文进行保护，加锁时需要禁止下半部执行;
中断可以抢占下半部执行 ，因此若共享数据，下半部还需要禁止中断；
不同类的共享数据的tasklet和多处理器上共享数据的软中断也许彼此注意锁的使用。
3）读、写自旋锁（共享、并发/排斥锁）
原理：多个读任务可以并发持有读者所，写的锁只能被一个写任务持有。
对读者更有利，因为写锁会等待所有读锁执行完毕。
3、信号量
睡眠锁，分为互斥信号量和计数信号量。
使用情况：锁被长时间持有，只能在进程上下文中获取信号量锁（中断上下文不能调度），可以在持有信号量时睡眠，因为可以睡眠所以不能占用自旋锁。
操作：P、V操作（down、up）
1）创建和初始化
semaphore类型，定义在
2）使用
down_interruptible 获取指定信号量，如果不可用则设置进程为TASK_INTERRUPTABLE睡眠；
down_trylock以阻塞方式获取指定信号量，立即返回获取结果；
up释放指定信号量。
3）读写信号量
rw_semaphore类型，定义在
4、互斥体
mutex：任何可以睡眠的强制互斥锁。
在linux中为类似计数为1的信号量并提供了简洁的操作接口，使用有较多限制。
使用情况：一般优先使用互斥体，当限制条件不能满足，再考虑使用信号量。
5、完成变量
completion，定义在
声明初始化之后，在指定的完成变量上，需要等待的任务调用wait_for_completion等待指定事件，发生事件的任务调用completion发送信号唤醒等待任务。
6、顺序锁
用于读写共享数据，通过序列计数器实现，对写者更有利。
适用情况：读者多、写着少，写优于读，数据简单。
7、屏障
操作以预定顺序执行:
rmb 读内存屏障；wmb 写内存屏障 ； mb两方等；barrier 组织编译器跨屏障对载入或者存储操作进行优化。