1) Linux 中主要有哪几种内核锁?
Linux 的同步机制从 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
过渡;
伴随着从非抢占内核到抢占内核的过度。Linux 的锁机制越来越有效,也越来越复杂。
Linux 的内核锁主要是自旋锁和信号量。
自旋锁最多只能被一个可执行线程持有,如果一个执行线程试图请求一个已被争用(已经被
持有)的自旋锁,那么这个线程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,请求它的执行线程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
于一个的执行线程同时进入临界区。
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。
Linux 内核中的同步机制:原子操作、信号量、读写信号量和自旋锁的 API,另外一些同步机
制,包括大内核锁、读写锁、大读者锁、RCU (Read-Copy Update,顾名思义就是读-拷贝修
改),和顺序锁。
2) Linux 中的用户模式和内核模式是什么含意?
MS-DOS 等操作系统在单一的 CPU 模式下运行,但是一些类 Unix 的操作系统则使用了双
模式,可以有效地实现时间共享。在 Linux 机器上,CPU 要么处于受信任的内核模式,要么处
于受限制的用户模式。除了内核本身处于内核模式以外,所有的用户进程都运行在用户模式
之中。
内核模式的代码可以无限制地访问所有处理器指令集以及全部内存和 I/O 空间。如果用户
模式的进程要享有此特权,它必须通过系统调用向设备驱动程序或其他内核模式的代码发出
请求。另外,用户模式的代码允许发生缺页,而内核模式的代码则不允许。
在 2.4 和更早的内核中,仅仅用户模式的进程可以被上下文切换出局,由其他进程抢占。除非
发生以下两种情况,否则内核模式代码可以一直独占 CPU:
(1) 它自愿放弃 CPU;
(2) 发生中断或异常。
2.6 内核引入了内核抢占,大多数内核模式的代码也可以被抢占。
3) 怎样申请大块内核内存?
