姓名：尤乐航 学号：19029100006 学院：电子工程学院
【嵌牛导读】linux内核同步原理
【嵌牛鼻子】嵌入式 Linux系统
【嵌牛提问】linux内核同步原理
【嵌牛正文】
多年之前，在Linux还未支持对称多处理器的时候，避免并发访问数据的方法相对来说比较简单。在单一处理器的时候，只有在中断发生的时候 ，或在内核代码明确地请求重新调度、执行另一个任务的时候，数据才可能被并发访问。 因此早期内核开发工作相比如今要简单许多
但从2.0开始，内核就开始支持对称多处理器了，而且从那以后对它的支持不断地加强和完善。支持多处理器意味着内核代码可以同时运行在两个或更多的处理器上。因此，如果不加保护，运行在两个不同处理器上的内核代码完全可能在同一时刻里 并发访问共享数据。随着2.6内核的出现，Linux内核已发展成抢占式内核，这意味着（当然， 还是指不加保护的情况下）调度程序可以在任何时刻抢占正在运行的内核代码，重新调度其他的进程执行。现在，内核代码中有不少部分都能够同步执行，而它们都必须妥善地保护起来
4.1临界区和竞争条件
所谓临界区（也称为临界段）就是访问和操作共享数据的代码段。多个执行线程并发访问同一个资源通常是不安全的，为了避免在临界区中并发访问，编程者必须保证这些代码原子地执行——也就是说，操作在执行结束前不可被打断，就如同整个临界区是一个不可分割的指令一样
如果两个执行线程有可能处于同一个临界区中同时执行，那么这就是程序包含的一个bug。如果这种情况确实发生了，我们就称它是竞争条件（race conditions），这样命名是因为这里会存在线程竞争。这种情况出现的机会往往非常小——就是因为竞争引起的错误非常不易重现，所以调试这种错误才会非常困。避免并发和防止竞争条件称为同步(synchronization）
4.2锁机制基本原理
操作系统锁机制的基本原理"就是在某个锁操作过程中不能与其他锁操作交织执行，以免多个执行路径对内核中某些重要的数据及数据结构进行同时操作而造成混乱。Linux操作系统内核的锁机制一般通过3种基本方式来实现，即原语、关中断和总线锁。CPU是在每次指令执行结束时检测中断信号的，如果能通过一条指令完成某个操作，则这个操作是原子的，即执行过程过中不会被中断，从而从芯片级保证该操作所存取的数据不能被多个内核控制路径同时访问。但一般CPU单条指令所涉及的操作有限而且操作很简单，往往只是某个位或整型数的算术逻辑运算，有时为了完成较为复杂的不可中断操作，需要多条指令来完成，这时在单CPU情况下，可采用关中断的方式来避免交叉执行。此外，在对称多处理器环境中，单CPU涉及读-修改-写原语不再是原子的，因为，在某个CPU执行读-修改-写指令时有多次总线操作，其他CPU竞争总线，可导致对同一存储单元的读-写操作与其他CPU对这一存储单元交叉，这时CPU提供了一个前缀操作码lock来锁定总线。
4.3内核同步访问
从内核版本2.0被引入以来，Linux支持对称多处理器系统，多个CPU可以并行运行内核代码，这样内核数据被多个内核控制路径共享存取，就会产生资源竞争，根据资源竞争产生的原因及所保护的数据不同，CPU操作系统为内核代码提供了多种同步与互斥机制以保护内核数据的安全共享。
