Linux内核36-内核同步之禁止中断

简介: Linux内核36-内核同步之禁止中断

每一种技术的出现必然是因为某种需求。正因为人的本性是贪婪的,所以科技的创新才能日新月异。

今天,我们了解一下内核同步的最后一种方法,关闭中断。这是一种简单粗暴的方式,但行之有效。


1 禁止中断


作为嵌入式软件开发人员,对于禁止中断肯定不陌生。尤其是基于MCU的嵌入式软件,因为就一个微处理器核,所以禁止中断是实现临界代码段的有效手段。笔者比较熟悉的μC/OS-II或III,就是使用禁止中断保护临界代码段。当然了,这样的临界代码段一般较短,就几行代码而已。如果太长,会影响整个系统任务的调度,也有可能导致中断信号的丢失。

同样,Linux也不会放弃禁止中断这么好的同步机制。它保证内核控制路径可以继续执行,其访问的数据结构不会被中断处理程序破坏。但是,多核系统中,中断禁止是一个局部概念,也就是说,只是某一个CPU核中断被禁止,不能阻止运行在其它CPU上的中断处理程序访问要保护的数据结构。所以,在多核系统中,内核数据结构的保护一般是禁止中断搭配自旋锁一起使用。

local_irq_disable()利用cli汇编指令,禁止局部CPU的中断;local_irq_enable()利用sti汇编指令使能中断。正如在讲解”IRQ和中断”时所说的那样,cli和sti汇编指令,分别用来清除和设置eflags寄存器中的IF标志。

当内核代码进入临界代码段时,通过清除eflags寄存器中的IF标志实现禁止中断,从而保护临界代码段。但是,当内核离开临界代码段的时候,内核是否该恢复之前的IF标志呢?还是不做任何处理?显然,不做任何处理是不可以的,因为那样的话,就会丢失某些中断信号,这对于一个安全可靠的系统而言,是非常荒谬的。我们知道中断是以嵌套的方式被执行的,所以内核无需知道之前是什么具体的IF标志。只需要记录之前的标志值,在退出临界代码段的时候恢复之前的IF标志即可。

保存和恢复eflags内容,可以分别通过local_irq_save()和local_irq_restore()实现。local_irq_save拷贝eflags内容到一个局部变量中,然后调用cli指令清除IF标志。退出临界代码段的时候,local_irq_restore再把局部变量中的内容拷贝到eflags寄存器中。


2 禁止软中断


在讲软中断的时候,我们知晓可延时函数的执行时间是不可预测的(基本上都是在硬件中断处理程序终止的时候,因为软中断的实现大部分时候都是给tasklet服务的,而tasklet的用处就是协助硬件处理程序处理那些耗时长,又不是那么紧急的任务的)。因此,可延时函数要访问的数据结构必须被保护起来,防止竞态条件的产生。

可能很多人都想到了一个简单粗暴的方法,直接禁止那个CPU的中断不就可以了吗。没有中断处理程序被激活,软中断的行为也就不会发生混乱。

但是,事情不会那么简单,有时候,内核需要只禁止可延时函数,而不禁止中断。那怎么实现呢?

回忆do_softirq()函数,如果软中断计数器(存储在当前线程thread_info描述符的preempt_count成员中)是正数,它就不会处理软中断。所以,将这个计数器设为正数,软中断不会执行,在其上的所有可延时函数也不会执行。

local_bh_disable()给局部CPU的软中断计数器加1,local_bh_enable()则是将其减1。local_bh_disable()可以嵌套多调用几次,如果调用local_bh_enable()的次数匹配,可延时函数就会被使能。

为了确保及时执行长时间等待的线程,local_bh_enable()对软中断计数器执行减1操作之后,还有执行两个重要的操作:

  1. 检查preempt_count中的硬中断计数器和软中断计数器。如果都是0,且有挂起的软中断要执行,直接调用do_softirq()激活它们。
  2. 检查局部CPU的 TIF_NEED_RESCHED标志是否被设置;如果被设置,说明此时有进程正在请求调度,然后调用preempt_schedule()执行抢占调度。


3 总结


总之一句话,禁止中断包含禁止硬中断和软中断两种。禁止硬中断肯定就包含禁止软中断;但禁止软中断不会影响硬中断的响应。它们都有各自的使用场景。

相关文章
|
15天前
|
算法 Linux
深入探索Linux内核的内存管理机制
本文旨在为读者提供对Linux操作系统内核中内存管理机制的深入理解。通过探讨Linux内核如何高效地分配、回收和优化内存资源,我们揭示了这一复杂系统背后的原理及其对系统性能的影响。不同于常规的摘要,本文将直接进入主题,不包含背景信息或研究目的等标准部分,而是专注于技术细节和实际操作。
|
15天前
|
存储 缓存 网络协议
Linux操作系统的内核优化与性能调优####
本文深入探讨了Linux操作系统内核的优化策略与性能调优方法,旨在为系统管理员和高级用户提供一套实用的指南。通过分析内核参数调整、文件系统选择、内存管理及网络配置等关键方面,本文揭示了如何有效提升Linux系统的稳定性和运行效率。不同于常规摘要仅概述内容的做法,本摘要直接指出文章的核心价值——提供具体可行的优化措施,助力读者实现系统性能的飞跃。 ####
|
16天前
|
监控 算法 Linux
Linux内核锁机制深度剖析与实践优化####
本文作为一篇技术性文章,深入探讨了Linux操作系统内核中锁机制的工作原理、类型及其在并发控制中的应用,旨在为开发者提供关于如何有效利用这些工具来提升系统性能和稳定性的见解。不同于常规摘要的概述性质,本文将直接通过具体案例分析,展示在不同场景下选择合适的锁策略对于解决竞争条件、死锁问题的重要性,以及如何根据实际需求调整锁的粒度以达到最佳效果,为读者呈现一份实用性强的实践指南。 ####
|
16天前
|
缓存 监控 网络协议
Linux操作系统的内核优化与实践####
本文旨在探讨Linux操作系统内核的优化策略与实际应用案例,深入分析内核参数调优、编译选项配置及实时性能监控的方法。通过具体实例讲解如何根据不同应用场景调整内核设置,以提升系统性能和稳定性,为系统管理员和技术爱好者提供实用的优化指南。 ####
|
19天前
|
负载均衡 算法 Linux
深入探索Linux内核调度机制:公平与效率的平衡####
本文旨在剖析Linux操作系统内核中的进程调度机制,特别是其如何通过CFS(完全公平调度器)算法实现多任务环境下资源分配的公平性与系统响应速度之间的微妙平衡。不同于传统摘要的概览性质,本文摘要将直接聚焦于CFS的核心原理、设计目标及面临的挑战,为读者揭开Linux高效调度的秘密。 ####
32 3
|
21天前
|
负载均衡 算法 Linux
深入探索Linux内核调度器:公平与效率的平衡####
本文通过剖析Linux内核调度器的工作机制,揭示了其在多任务处理环境中如何实现时间片轮转、优先级调整及完全公平调度算法(CFS),以达到既公平又高效地分配CPU资源的目标。通过对比FIFO和RR等传统调度策略,本文展示了Linux调度器如何在复杂的计算场景下优化性能,为系统设计师和开发者提供了宝贵的设计思路。 ####
33 6
|
21天前
|
消息中间件 安全 Linux
深入探索Linux操作系统的内核机制
本文旨在为读者提供一个关于Linux操作系统内核机制的全面解析。通过探讨Linux内核的设计哲学、核心组件、以及其如何高效地管理硬件资源和系统操作,本文揭示了Linux之所以成为众多开发者和组织首选操作系统的原因。不同于常规摘要,此处我们不涉及具体代码或技术细节,而是从宏观的角度审视Linux内核的架构和功能,为对Linux感兴趣的读者提供一个高层次的理解框架。
|
22天前
|
缓存 并行计算 Linux
深入解析Linux操作系统的内核优化策略
本文旨在探讨Linux操作系统内核的优化策略,包括内核参数调整、内存管理、CPU调度以及文件系统性能提升等方面。通过对这些关键领域的分析,我们可以理解如何有效地提高Linux系统的性能和稳定性,从而为用户提供更加流畅和高效的计算体验。
29 2
|
22天前
|
缓存 网络协议 Linux
深入探索Linux操作系统的内核优化策略####
本文旨在探讨Linux操作系统内核的优化方法,通过分析当前主流的几种内核优化技术,结合具体案例,阐述如何有效提升系统性能与稳定性。文章首先概述了Linux内核的基本结构,随后详细解析了内核优化的必要性及常用手段,包括编译优化、内核参数调整、内存管理优化等,最后通过实例展示了这些优化技巧在实际场景中的应用效果,为读者提供了一套实用的Linux内核优化指南。 ####
45 1
|
22天前
|
算法 前端开发 Linux
深入理解Linux内核调度器:CFS与实时性的平衡####
本文旨在探讨Linux操作系统的核心组件之一——完全公平调度器(CFS)的工作原理,分析其在多任务处理环境中如何实现进程间的公平调度,并进一步讨论Linux对于实时性需求的支持策略。不同于传统摘要仅概述内容要点,本部分将简要预览CFS的设计哲学、核心算法以及它是如何通过红黑树数据结构来维护进程执行顺序,同时触及Linux内核为满足不同应用场景下的实时性要求而做出的权衡与优化。 ####
下一篇
DataWorks