linux自旋锁和互斥锁(linux自旋锁)

嵌入式面试词汇?

嵌入式软件工程师面试题目整理(二)

linux中内核空间及用户空间的区别?用户空间与内核通信方式有哪些?

字符设备和块设备的区别,请分别列举一些实际的设备说出它们是属于哪一类设备

linux中系统调用过程?如:应用程序中read()在linux中执行过程即从用户空间到内核空间?

查看驱动模块中打印信息应该使用什么命令?如何查看内核中已有的字符设备的信息?如何查看正在使用的有哪些中断号?

copy_to_user()和copy_from_user()主要用于实现什么功能?一般用于file_operations结构的哪些函数里面?

请简述主设备号和次设备号的用途。如果执行mknod chartest c 4 64,创建chartest设备。请分析chartest使用的是那一类设备驱动程序。

设备驱动程序中如何注册一个字符设备?分别解释一下它的几个参数的含义。

字符型驱动设备怎么创建设备文件?

insmod 一个驱动模块,会执行模块中的哪个函数?rmmod呢?这两个函数在设计上要注意哪些?遇到过卸载驱动出现异常没?是什么问题引起的?

设备驱动模型三个重要成员是?platform总线的匹配规则是?在具体应用上要不要先注册驱动再注册设备?有先后顺序没?

内核函数mmap的实现原理,机制?

申请内存的方式

IIC原理,总线框架,设备编写方法

Linux中的用户模式和内核模式是什么含意

怎样申请大块内核内存?

用户进程间通信主要哪几种方式

内核配置编译及Makefile?

谈谈对Volatile关键字的理解

framebuffer机制

spinlock与信号量的区别

linux中的同步机制

自旋锁和信号量在互斥使用时需要注意哪些?在中断服务程序里面的互斥是使用自旋锁还是信号量?还是两者都能用?为什么?

驱动里面为什么要有并发、互斥的控制?如何实现?讲个例子?

linux中断实现机制、tasklet和workqueue的区别和底层实现的区别,为什么要区分中断上半部和中断下半部

中断和轮询哪个效率高?怎样决定是采用中断方式还是采用轮询方式去实现驱动?

写一个中断服务需要注意哪些?如果中断产生之后要做比较多的事情你是怎么做的?

IRQ和FIQ有什么区别,在CPU里面是是怎么做的?

Linux软中断和工作队列的作用是什么

bkl是什么门锁?

BKL(大内核锁)是一个全局自旋锁,使用它主要是为了方便实现从Linux最初的SMP过度到细粒度加锁机制

spinlock和Semaphore信号量的区别?

Mutex是一把钥匙,一个人拿了就可进入一个房间,出来的时候把钥匙交给队列的第一个。一般的用法是用于串行化对critical section代码的访问,保证这段代码不会被并行的运行。

Semaphore是一件可以容纳N人的房间,如果人不满就可以进去,如果人满了,就要等待有人出来。对于N=1的情况,称为binary semaphore。一般的用法是,用于限制对于某一资源的同时访问。

Binary semaphore与Mutex的差异:

在有的系统中Binary semaphore与Mutex是没有差异的。在有的系统上,主要的差异是mutex一定要由获得锁的进程来释放。而semaphore可以由其它进程释放(这时的semaphore实际就是个原子的变量,大家可以加或减),因此semaphore可以用于进程间同步。Semaphore的同步功能是所有系统都支持的,而Mutex能否由其他进程释放则未定,因此建议mutex只用于保护critical section。而semaphore则用于保护某变量,或者同步。

另一个概念是spin lock,这是一个内核态概念。spin lock与semaphore的主要区别是spin lock是busy waiting,而semaphore是sleep。对于可以sleep的进程来说,busy waiting当然没有意义。对于单CPU的系统,busy waiting当然更没意义(没有CPU可以释放锁)。因此,只有多CPU的内核态非进程空间,才会用到spin lock。Linux kernel的spin lock在非SMP的情况下,只是关irq,没有别的操作,用于确保该段程序的运行不会被打断。其实也就是类似mutex的作用,串行化对critical section的访问。但是mutex不能保护中断的打断,也不能在中断处理程序中被调用。而spin lock也一般没有必要用于可以sleep的进程空间。

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内核同步措施

为了避免并发,防止竞争。内核提供了一组同步方法来提供对共享数据的保护。 我们的重点不是介绍这些方法的详细用法,而是强调为什么使用这些方法和它们之间的差别。

Linux 使用的同步机制可以说从2.0到2.6以来不断发展完善。从最初的原子操作,到后来的信号量,从大内核锁到今天的自旋锁。这些同步机制的发展伴随 Linux从单处理器到对称多处理器的过度;伴随着从非抢占内核到抢占内核的过度。锁机制越来越有效,也越来越复杂。

目前来说内核中原子操作多用来做计数使用,其它情况最常用的是两种锁以及它们的变种:一个是自旋锁,另一个是信号量。我们下面就来着重介绍一下这两种锁机制。

自旋锁

自旋锁是专为防止多处理器并发而引入的一种锁,它在内核中大量应用于中断处理等部分(对于单处理器来说,防止中断处理中的并发可简单采用关闭中断的方式,不需要自旋锁)。

自旋锁最多只能被一个内核任务持有,如果一个内核任务试图请求一个已被争用(已经被持有)的自旋锁,那么这个任务就会一直进行忙循环——旋转——等待锁重新可用。要是锁未被争用,请求它的内核任务便能立刻得到它并且继续进行。自旋锁可以在任何时刻防止多于一个的内核任务同时进入临界区,因此这种锁可有效地避免多处理器上并发运行的内核任务竞争共享资源。

事实上,自旋锁的初衷就是:在短期间内进行轻量级的锁定。一个被争用的自旋锁使得请求它的线程在等待锁重新可用的期间进行自旋(特别浪费处理器时间),所以自旋锁不应该被持有时间过长。如果需要长时间锁定的话, 最好使用信号量。

自旋锁的基本形式如下:

spin_lock(&mr_lock);

//临界区

spin_unlock(&mr_lock);

因为自旋锁在同一时刻只能被最多一个内核任务持有,所以一个时刻只有一个线程允许存在于临界区中。这点很好地满足了对称多处理机器需要的锁定服务。在单处理器上,自旋锁仅仅当作一个设置内核抢占的开关。如果内核抢占也不存在,那么自旋锁会在编译时被完全剔除出内核。

简单的说,自旋锁在内核中主要用来防止多处理器中并发访问临界区,防止内核抢占造成的竞争。另外自旋锁不允许任务睡眠(持有自旋锁的任务睡眠会造成自死锁——因为睡眠有可能造成持有锁的内核任务被重新调度,而再次申请自己已持有的锁),它能够在中断上下文中使用。

死锁:假设有一个或多个内核任务和一个或多个资源,每个内核都在等待其中的一个资源,但所有的资源都已经被占用了。这便会发生所有内核任务都在相互等待,但它们永远不会释放已经占有的资源,于是任何内核任务都无法获得所需要的资源,无法继续运行,这便意味着死锁发生了。自死琐是说自己占有了某个资源,然后自己又申请自己已占有的资源,显然不可能再获得该资源,因此就自缚手脚了。

信号量

Linux中的信号量是一种睡眠锁。如果有一个任务试图获得一个已被持有的信号量时,信号量会将其推入等待队列,然后让其睡眠。这时处理器获得自由去执行其它代码。当持有信号量的进程将信号量释放后,在等待队列中的一个任务将被唤醒,从而便可以获得这个信号量。

信号量的睡眠特性,使得信号量适用于锁会被长时间持有的情况;只能在进程上下文中使用,因为中断上下文中是不能被调度的;另外当代码持有信号量时,不可以再持有自旋锁。

信号量基本使用形式为:

static DECLARE_MUTEX(mr_sem);//声明互斥信号量

if(down_interruptible(&mr_sem))

//可被中断的睡眠,当信号来到,睡眠的任务被唤醒

//临界区

up(&mr_sem);

信号量和自旋锁区别

虽然听起来两者之间的使用条件复杂,其实在实际使用中信号量和自旋锁并不易混淆。注意以下原则:

如果代码需要睡眠——这往往是发生在和用户空间同步时——使用信号量是唯一的选择。由于不受睡眠的限制,使用信号量通常来说更加简单一些。如果需要在自旋锁和信号量中作选择,应该取决于锁被持有的时间长短。理想情况是所有的锁都应该尽可能短的被持有,但是如果锁的持有时间较长的话,使用信号量是更好的选择。另外,信号量不同于自旋锁,它不会关闭内核抢占,所以持有信号量的代码可以被抢占。这意味者信号量不会对影响调度反应时间带来负面影响。

自旋锁对信号量

需求 建议的加锁方法

低开销加锁 优先使用自旋锁

短期锁定 优先使用自旋锁

长期加锁 优先使用信号量

中断上下文中加锁 使用自旋锁

持有锁是需要睡眠、调度 使用信号量

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风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平