15、Linux 内核同步与中断处理机制详解

Linux 内核同步与中断处理机制详解

在多线程和多处理器环境下，内核编程中的同步和中断处理是至关重要的部分。本文将深入探讨 Linux 内核中的同步机制以及中断处理的相关内容，包括各种锁机制、顺序执行机制以及中断处理的流程和注意事项。

1. 同步机制的重要性

在多线程环境中，对共享数据的并行访问如果没有适当的同步机制，会导致严重的错误。例如，在没有同步的情况下进行 4 个线程各 10000000 次的增量操作，预期结果是 40000000，但实际只得到了约 20370339，约为预期值的 50%。这充分说明了同步机制的必要性。同时，同步操作在性能方面是比较昂贵的，正确使用同步机制可以显著增加执行时间，因此在使用时需要进行优化。

2. 各种同步机制

2.1 自旋锁（Spinlocks）

自旋锁适用于以下两种情况：一是执行上下文不允许进入阻塞状态（如中断上下文）；二是需要短时间的无上下文切换的阻塞。自旋锁通过在空循环中主动等待锁的释放来实现同步。其定义和初始化方式如下：

typedef struct {
    raw_spinlock_t raw_lock;
    ...
} spinlock_t;

// 静态初始化
DEFINE_SPINLOCK(lock);

// 动态初始化
void spin_lock_init(spinlock_t *sl);

// 主要操作接口
spin_lock (spinlock_t *sl); 
spin_unlock(spinlock_t *sl); 

需要注意的是，Linux 内