linux内核机制有哪些

　　Linux内核主要由5个模块构成，分别是：进程调度模块、内存管理模块、虚拟文件系统模块、进程间通信模块。

　　Linux经常使用散列表来实现高速缓存，高速缓存是需要快速访问的信息。

　　Linux为什么需要同步机制？

　　在 *** 作系统引入了进程概念，进程成为调度实体后，系统就具备了并发执行多个进程的能力，但也导致了系统中各个进程之间的资源竞争和共享。另外，由于中断、异常机制的引入，以及内核态抢占都导致了这些内核执行路径（进程）以交错的方式运行。对于这些交错路径执行的内核路径，如不采取必要的同步措施，将会对一些关键数据结构进行交错访问和修改，从而导致这些数据结构状态的不一致，进而导致系统崩溃。因此，为了确保系统高效稳定有序地运行，linux必须要采用同步机制。

　　Linux内核提供了哪些同步机制？

　　在学习linux内核同步机制之前，先要了解以下预备知识：（临界资源与并发源）

　　在linux系统中，我们把对共享的资源进行访问的代码片段称为临界区。把导致出现多个进程对同一共享资源进行访问的原因称为并发源。

　　Linux系统下并发的主要来源有：

　　中断处理：例如，当进程在访问某个临界资源的时候发生了中断，随后进入中断处理程序，如果在中断处理程序中，也访问了该临界资源。虽然不是严格意义上的并发，但是也会造成了对该资源的竞态。

　　内核态抢占：例如，当进程在访问某个临界资源的时候发生内核态抢占，随后进入了高优先级的进程，如果该进程也访问了同一临界资源，那么就会造成进程与进程之间的并发。

　　多处理器的并发：多处理器系统上的进程与进程之间是严格意义上的并发，每个处理器都可以独自调度运行一个进程，在同一时刻有多个进程在同时运行 。

　　如前所述可知：采用同步机制的目的就是避免多个进程并发并发访问同一临界资源。

　　Linux内核中9种同步机制

　　1）每CPU变量

　　主要形式是数据结构的数组，系统中的每个CPU对应数组的一个元素。

　　使用情况：数据应在逻辑上是独立的

　　使用原则：应在内核控制路径禁用抢占的情况下访问每CPU变量。

　　2）原子 *** 作

　　原理：是借助于汇编语言指令中对“读－－修改－－写”具有原子性的汇编指令来实现。

　　3）内存屏障

　　原理：使用内存屏障原语确保在原语之后的 *** 作开始之前，原语之前的 *** 作已经完成。

　　4）自旋锁

　　主要用于多处理器环境中。

　　原理：如果一个内核控制路径发现所请求的自旋锁已经由运行在另一个CPU上的内核控制

　　路径“锁着”，就反复执行一条循环指令，直到锁被释放。

　　说明：自旋锁一般用于保护禁止内核抢占的临界区。

　　在单处理器上，自旋锁的作用仅是禁止或启用内核抢占功能。

　　

　　5）顺序锁：

　　顺序锁与自旋锁非常相似，仅有一点不同，即顺序锁中的写者比读者有较高的优先级，也就

　　意味着即使读者正在读的时候也允许写者继续运行。

　　６）RCU

　　主要用于保护被多个CPU读的数据结构。

　　允许多个读者和写者同时运行，且RCU是不用锁的。

　　使用限制：

　　１）RCU只保护被动态分配并通过指针引用的数据结构

　　２）在被RCU保护的临界区中，任何内核控制路径都不能睡眠。

　　原理：

　　当写者要更新数据时，它通过引用指针来复制整个数据结构的副本，然后对这个副本进行

　　修改。修改完毕后，写者改变指向原数据结构的指针，使它指向被修改后的副本，（指针

　　的修改是原子的）。

　　７）信号量：

　　原理： 当内核控制路径试图获取内核信号量所保护的忙资源时，相应的进程被挂起；只有在

　　资源被释放时，进程才再次变为可运行。

　　使用限制：只有可以睡眠的函数才能获取内核信号量 ；

　　中断处理程序和可延迟函数都不能使用内核信号量。

　　

　　8）本地中断禁止

　　原理：本地中断禁止可以保证即使硬件设备产生了一个IRQ信号时，内核控制路径也会继续运行，

　　从而使中断处理例程访问的数据结构受到保护。

　　不足：禁止本地中断并不能限制运行在另一个CPU上的中断处理程序对共享数据结构的并发访问，

　　故在多处理器环境中，禁止本地中断需要与自旋锁一起使用。

　　9）本地软中断的禁止 　　方法1：

　　由于软中断是在硬件中断处理程序结束时开始运行的，所以最简单的方式是禁止那个CPU上的中断。

　　因为没有中断处理例程被激活，故软中断就没有机会运行。

　　方法2：

　　通过 *** 纵当前thread_info描述符preempt_count字段中存放的软中断计数器，可以在本地CPU上激活

　　或禁止软中断。因为内核有时只需要禁止软中断而不禁止中断。