25、内核同步技术详解

内核同步技术详解

1. 内核服务请求概述

在操作系统中，CPU 有内核模式（Kernel Mode）和用户模式（User Mode）之分。当 CPU 处于内核模式时，执行的代码就如同服务员提供的服务；而当 CPU 处于用户模式时，可认为服务员处于空闲状态。

老板的请求类似于中断（Interrupts），客户的请求则对应于用户模式进程发起的系统调用（System Calls）或异常（Exceptions）。用户模式进程若想请求内核服务，需发出适当的指令（如在 80×86 架构中，使用 int $0x80 或 sysenter 指令），这些指令会引发异常，迫使 CPU 从用户模式切换到内核模式。在后续讨论中，系统调用和常规异常通常都被称为“异常”。

2. 内核抢占

内核抢占（Kernel Preemption）的定义并不容易给出。初步来说，如果在被替换进程执行内核函数（即处于内核模式）时可能发生进程切换，那么该内核就是可抢占的。但在 Linux 等实际操作系统中，情况更为复杂：
- 计划进程切换与强制进程切换 ：在可抢占和不可抢占内核中，处于内核模式的进程都可能自愿放弃 CPU，比如等待某些资源时进入睡眠状态，这种进程切换称为计划进程切换（Planned Process Switch）。而可抢占内核与不可抢占内核的区别在于，处于内核模式的进程对可能引发进程切换的异步事件（如唤醒高优先级进程的中断处理程序）的反应不同，这种进程切换称为强制进程切换（Forced Process Switch）。
- 进程切换的执行