个人学习笔记---linux内核同步办法的选择

一 .   一些概念 

     在中断处理程序中能避免并发送访问的安全代码称为中断安全代码

     在对称多处理器中能避免并发访问的安全带代码称为SMP安全代码

     在内核抢占时能避免并发访问的安全代码称为抢占安全代码

二.    linux内核控制路径的三种执行环境：
        1>中断
                中断的顶半部分，也就是用request_irq注册的中断例程
                处中断上下文，不可睡眠
        2>可延迟函数(软中断及基于软中断实现的其它处理函数，如tasklet, 定时器等)
                被中断的顶半部分触发，并在稍后时间内执行的例程。
                处中断上下文，不可睡眠

                一般是:
                由open_softirq注册，在中断处理中由raise_softirq触发的函数。
                由tasklet_init初始化，在中断处理中由tasklet_schedule调度的函数。

        3>异常
                典型是系统调用(内核线程也算吧)。
                处进程上下文，可睡眠
                
中断，异常及可延迟函数之间对cpu的争夺：
        1>中断处理程序可以抢占其它中断处理程序
        2>中断处理程序可以抢占异常
        3>中断处理程序可以抢占可延迟函数
        4>中断处理程序在退出前触发可延迟函数。
        5>一个可延迟函数不能抢占中断处理程序。
        6>一个可延迟函数不能抢占另一个可延迟函数。
        7>相同类型的软中断可以并发的运行在多个cpu上
        8>相同类型的tasklet只能被串行的执行，不同类型的tasklet可以在几个cpu上并发执行。tasklet基于软中断而实现(可视为加入约束的软中断?)。
        9>软中断始终在触发它的同一个cpu上执行，tasklet也是。
        10>异常不能抢占中断，不能抢占可延迟函数，不能抢占异常(缺页不在考虑之中)

三.  Linux内核中在自旋锁，信号量及中断禁止之间的选择

自旋锁：在竟争条件下，反复执行紧凑的循环指令，直到锁被释放。防止多cpu间的竟争。
信号量：在竟争条件下，不允许内核控制路径继续进行，相应的进程被挂起。因此中断处理，和可延迟函数都不能使用信号量。
关中断：禁用本地中断。关中断都是为了防止同一cpu下的中断抢占，关本地中断后，可延迟函数也被禁止了。

只要内核控制路径获得自旋锁，就要禁用本地中断或本地软中断，自动禁止内核抢占

3.1仅异常时的数据访问保护
        1>单处理器：此时的CPU运行在内核态为用户进程提供服务。此竟争条件可通过信号量避免。
        2>多处理器：与单处理器环境时相同
        3>访问per-cpu变量时，要禁用抢占。
        
3.2仅中断时的数据访问保护
        单处理器
        1>只有一个中断的“上半部分”访问时，中断都相对自己串行地执行，无需同步。
        2>多个中断的“上半部分”访问时，要关中断。
        多处理器
        3>只有一个中断的“上半部分”访问时，中断都相对自己串行地执行，无需保护。
        4>多个中断可访问时，要关中断，并加上自旋锁。

3.3仅可延迟函数(软中断和tasklet)中的数据访问保护
        单处理器
        1>上不存在竞争问题
        多处理器
        2>软中断访问的数据使用自旋锁，防止多cpu竟争
        3>仅由一种tasklet访问的数据结构不需要保护
        4>被多种tasklet访问需要用自旋锁保护

3.4.异常和中断时的数据访问保护(只考虑一种中断与一种异常)
        单处理器
        1>在异常的访问中关闭中断；中断的访问中不需要保护
        多处理器
        2>在异常的访问中关闭本地中断，并加上自旋锁；中断的访问中加上自旋锁即可(可用紧循环和down_trylock代替自旋的功能)

3.5.异常和可延迟函数中的数据访问保护(只考虑一种异常与一种可延迟函数)
        单处理器
        1>在异常访问中关闭中断(禁止可延迟函数更合适)；可延迟函数无需保护
        多处理器
        2>在异常访问中关闭中断(禁止可延迟函数更合适)并加上自旋锁；可延迟函数加上自旋锁

3.6.中断和可延迟函数中的数据访问保护(只考虑一种中断与一种可延迟函数)
        单处理器
        1>可延迟函数访问中关闭中断；中断的访问中不需要保护
        多处理器
        2>可延迟函数访问中关闭中断，并加上自旋锁；中断的访问中加上自旋锁

3.7.异常，中断和可延迟函数中的数据访问保护(只考虑一种中断一种可延迟函数一种异常)
        单处理器
        1>在异常访问中关闭中断； 可延迟函数访问中关闭中断 ；中断的访问中不需要保护
        多处理器
        2>在异常访问中关闭中断并加上自旋锁； 可延迟函数访问中关闭中断并加上自旋锁 ；中断的访问中加上自旋锁

其它的场景都可看作以上场景的组合
        如：异常，中断和可延迟函数中的数据访问保护。可看作中断和可延迟函数，中断和异常的组合。可同时使用相应的保护方式。