linux内核调度与spinlock的相互关系
linux同步介绍
内核同步介绍Linux设备驱动中必须解决的一个问题是多个进程对共享资源的并发访问，并发访问会导致竞态，linux提供了多种解决竞态问题的方式，这些方式适合不同的应用场景。
Linux内核是多进程、多线程的操作系统，它提供了相当完整的内核同步方法。
内核同步方法列表如下：中断屏蔽原子操作自旋锁读写自旋锁顺序锁信号量读写信号量BKL（大内核锁）Seq锁一、并发与竞态：定义：并发（concurrency）指的是多个执行单元同时、并行被执行，而并发的执行单元对共享资源（硬件资源和软件上的全局变量、静态变量等）的访问则很容易导致竞态（race conditions）。
在linux中，主要的竞态发生在如下几种情况：1、对称多处理器（SMP）多个CPU特点是多个CPU使用共同的系统总线，因此可访问共同的外设和存储器。
2、单CPU内进程与抢占它的进程3、中断（硬中断、软中断、Tasklet、底半部）与进程之间只要并发的多个执行单元存在对共享资源的访问，竞态就有可能发生。
如果中断处理程序访问进程正在访问的资源，则竞态也会会发生。
多个中断之间本身也可能引起并发而导致竞态（中断被更高优先级的中断打断）。
解决竞态问题的途径是保证对共享资源的互斥访问，所谓互斥访问就是指一个执行单元在访问共享资源的时候，其他的执行单元都被禁止访问。
访问共享资源的代码区域被称为临界区，临界区需要以某种互斥机制加以保护，中断屏蔽，原子操作，自旋锁，和信号量都是linux 设备驱动中可采用的互斥途径。
临界区和竞争条件：所谓临界区（critical regions）就是访问和操作共享数据的代码段，为了避免在临界区中并发访问，编程者必须保证这些代码原子地执行——也就是说，代码在执行结束前不可被打断，就如同整个临界区是一个不可分割的指令一样，如果两个执行线程有可能处于同一个临界区中，那么就是程序包含一个bug，如果这种情况发生了，我们就称之为竞争条件（race conditions），避免并发和防止竞争条件被称为同步。
Linux内核分析之调度算法
Linux内核分析之调度算法inux调度算法在2.6.32中采用调度类实现模块式的调度方式。
这样，能够很好的加入新的调度算法。
linux调度器是以模块方式提供的，这样做的目的是允许不同类型的进程可以有针对性地选择调度算法。
这种模块化结构被称为调度器类，他允许多种不同哦可动态添加的调度算法并存，调度属于自己范畴的进程。
每个调度器都有一个优先级，调度代码会按照优先级遍历调度类，拥有一个可执行进程的最高优先级的调度器类胜出，去选择下面要执行的那个程序。
linux上主要有两大类调度算法，CFS(完全公平调度算法）和实时调度算法。
宏SCHED_NOMAL主要用于CFS调度，而SCHED_FIFO和SCHED_RR主要用于实时调度。
如下面的宏定义：1./*2.* Scheduling policies3.*/4./*支援Real-Time Task的排程,包括有SCHED_FIFO與SCHED_RR.5.*/6.7./*(也稱為SCHED_OTHER): 主要用以排程8.一般目的的Task.*/9.#define SCHED_NORMAL 010.#define SCHED_FIFO 111./*task預設的Time Slice長度為100 msecs*/12.#define SCHED_RR 213./*主要用以讓Task可以延長執行的時間14.(Time Slice),減少被中斷發生Task Context-Switch15.的次數.藉此可以提高Cache的利用率16.(每次Context-Switch都會導致Cache-Flush). 比17.較適合用在固定週期執行的Batch Jobs任18.務主機上,而不適合用在需要使用者互19.動的產品(會由於Task切換的延遲,而20.感覺到系統效能不佳或是反應太慢).*/21.#define SCHED_BATCH 322./* SCHED_ISO: reserved but not implemented yet */23./*為系統中的Idle Task排程.*/24.#define SCHED_IDLE 5linux调度算法实现的高层数据结构主要有运行实体、调度类、运行队列，下面我们主要看看这几个数据结构的字段和意义。
linux下软链接和硬链接的联系
linux下软链接和硬链接的联系1、索引节点：在linux系统中对文件的管理本质上是通过其索引节点进行管理的。
从系统的角度来看，文件的索引节点(inode)是文件的唯一标识，它包含了文件系统处理文件所需要的全部信息。
详细来说，实际上存在两种类型的索引节点内核索引节点(in-core indoe)：保存在内存中，在系统中每个打开的文件都对应着一个内核索引节点，磁盘索引节点(on-disk inode)：在文件系统中的每一个文件都有一个磁盘索引节点，保存在磁盘上，它所保存的具体信息与文件系统的类型有关。
注意：这两种索引节点的关系为：当进程打开一个文件时，文件的磁盘索引节点中的信息就会被载入内存，并建立一个内核索引节点。
当内核索引节点被修改后，系统负责将其同步到磁盘上。
磁盘索引节点与对应的内核索引节点所保存的信息并不是完全相同的。
内核索引节点记录的是关于文件的更通用的一些信息，而忽略掉于具体文件系统类型相关的一些信息。
2、硬链接：就是让一个文件对应一个或者多个文件名，或者说文件名和文件系统使用的节点号链接起来，这些文件可以在同一目录或者不同目录下。
一个文件名对应多个文件名，称作该文件的链接数。
例如：ln [options] existingfile newfileln [options] existingfile-list directory用法：第一种为”existingfile”创建硬链接，文件名为”newfile”。
第二种在”directory”目录中，为” existingfile-list”中包含的所有文件创建一个同名的硬链接。
常用可选[options]：-f 无论”newfile”存在与否，都创建链接。
-n 如果”newfile”已存在，就不创建链接。
3、软链接：又称为符号链接，实际上是一中特殊的文件，这种文件包含了另一个文集那的.人一个路径名。
这个路径名指向位于任意一个文件系统的任意一个文件，甚至可以指向一个不存在的文件。
Linux内核同步机制简介分析
Linux内核同步机制简介1 介绍1)由于现代Linux操作系统是多任务、SMP、抢占式以及中断是异步执行的，导致共享资源容易被并发访问，从而使得访问共享资源的各线程之间互相覆盖共享数据，造成被访问数据处于不一致状态，因此Linux提供了同步机制来防止并发访问。
2)常用的同步机制（如自旋锁）用来保护共享数据使用起来简单有效，但由于CPU的处理速度与访问内存的速度差距越来越大，导致获取锁的开销相对于CPU的速度在不断的增加。
因为这种锁使用了原子操作指令，需要原子地访问内存，即获取锁的开销与访问内存的速度相关。
3)Linux内核根据对不同共享资源的特性，提供多种同步机制：原子操作、自旋锁、读-写自旋锁、信号量、读-写信号量、完成变量、顺序锁、禁止抢占、内存屏障及RCU，本文将对其分别进行简要介绍。
2 原子操作（atomic）2.1 基本原理1)所谓原子操作，就是该操作绝不会在执行完毕前被任何其它任务或事件打断，它是最小的执行单位，不可能有比它更小的执行单位。
2)原子操作通常是内联函数，通过内联汇编指令来实现。
3)原子操作需要硬件的支持，因此不同的体系结构的实现方式不同。
4)内核提供了两组原子操作接口：整数操作和位操作。
2.1.2 原子整数操作1)原子操作主要用于实现资源计数，很多引用计数就是通过原子操作实现的。
2)原子类型定义如下：（参看RHEL6.5GA_x86_64内核文件：/root/include/linux/types.h）3)针对整数的原子操作只能对atomic_t类型的数据进行处理，原因如下：a)让原子函数只接受atomic_t类型的操作数，可以确保原子操作只与这种特殊类型一起使用。
b)使用atomic_t类型确保编译器不对相应的值进行优化，使得原子操作最终接收到正确的内存地址。
c)可以屏蔽不同体系结构上实现原子操作的差异。
2.1.2 原子位操作1)位操作函数是对普通的内存地址进行操作的，对所操作的数据类型没有要求。
Linux内核中的同步机制【转载】
本文周详的介绍了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，使用需求及一些典型示例一、引言在现代操作系统里，同一时间可能有多个内核执行流在执行，因此内核其实象多进程多线程编程相同也需要一些同步机制来同步各执行单元对共享数据的访问。
尤其是在多处理器系统上，更需要一些同步机制来同步不同处理器上的执行单元对共享的数据的访问。
在主流的Linux内核中包含了几乎所有现代的操作系统具有的同步机制，这些同步机制包括：原子操作、信号量（semaphore）、读写信号量（rw_semaphore）、spinlock、BKL(Big Kernel Lock)、rwlock、brlock（只包含在2.4内核中）、RCU（只包含在2.6内核中）和seqlock（只包含在2.6内核中）。
二、原子操作所谓原子操作，就是该操作绝不会在执行完毕前被所有其他任务或事件打断，也就说，他的最小的执行单位，不可能有比他更小的执行单位，因此这里的原子实际是使用了物理学里的物质微粒的概念。
原子操作需要硬件的支持，因此是架构相关的，其API和原子类型的定义都定义在内核源码树的include/asm/atomic.h文件中，他们都使用汇编语言实现，因为C语言并不能实现这样的操作。
原子操作主要用于实现资源计数，非常多引用计数(refcnt)就是通过原子操作实现的。
原子类型定义如下：typedef struct{volatile int counter;}atomic_t;volatile修饰字段告诉gcc不要对该类型的数据做优化处理，对他的访问都是对内存的访问，而不是对寄存器的访问。
原子操作API包括：atomic_read(atomic_t * v);该函数对原子类型的变量进行原子读操作，他返回原子类型的变量v的值。
atomic_set(atomic_t * v, int i);该函数设置原子类型的变量v的值为i。
Linux_C_同步_内核原子_自旋锁_互斥锁
Linux 同步方法剖析内核原子，自旋锁和互斥锁你也许接触过并发（concurrency）、临界段（critical section）和锁定，不过怎么在内核中使用这些概念呢？本文讨论了 2.6 版内核中可用的锁定机制，包括原子运算符（atomic operator）、自旋锁（spinlock）、读/写锁（reader/writer lock）和内核信号量（kernel semaphore）。
本文还探讨了每种机制最适合应用到哪些地方，以构建安全高效的内核代码。
本文讨论了 Linux 内核中可用的大量同步或锁定机制。
这些机制为 2.6.23 版内核的许多可用方法提供了应用程式接口（API）。
不过在深入学习 API 之前，首先需要明白将要解决的问题。
并发和锁定当存在并发特性时，必须使用同步方法。
当在同一时间段出现两个或更多进程并且这些进程彼此交互（例如，共享相同的资源）时，就存在并发现象。
在单处理器（uniprocessor，UP）主机上可能发生并发，在这种主机中多个线程共享同一个 CPU 并且抢占（preemption）创建竞态条件。
抢占通过临时中断一个线程以执行另一个线程的方式来实现 CPU 共享。
竞态条件发生在两个或更多线程操纵一个共享数据项时，其结果取决于执行的时间。
在多处理器（MP）计算机中也存在并发，其中每个处理器中共享相同数据的线程同时执行。
注意在 MP 情况下存在真正的并行（parallelism），因为线程是同时执行的。
而在 UP 情形中，并行是通过抢占创建的。
两种模式中实现并发都较为困难。
Linux 内核在两种模式中都支持并发。
内核本身是动态的，而且有许多创建竞态条件的方法。
Linux 内核也支持多处理（multiprocessing），称为对称多处理（SMP）。
临界段概念是为解决竞态条件问题而产生的。
一个临界段是一段不允许多路访问的受保护的代码。
这段代码能操纵共享数据或共享服务（例如硬件外围设备）。
linux锁机制分析
Linux 锁机制分析batoom1.加锁的原因是因为在对共享数据或者共享资源进行并发访问的时候，会使数据错乱。
例如：very_important_count++期望的结果这种结果依赖于多个任务的相对执行顺序，叫做竞态条件(race ondition）。
包含并发问题的代码叫做临界区。
这种情况在SMP机器上更加明显，上面的例子是单CPU由于抢占造成的。
2.在linux内核中加锁linux内核中主要有两种类型的锁：1)自旋锁spinlock当获取不成功时，不会睡眠，会一直循环查找锁是否被释放，必须在不能睡眠的代码中使用。
在单cpu没有打开抢占的情况下，自选锁相当于不存在，在打开抢占的情况下，自选锁的作用是禁止抢占。
#define spin_lock(lock) _spin_lock(lock) #define _spin_lock(lock) __LOCK(lock)#define __LOCK(lock) \do { preempt_disable(); __acquire(lock); (void)(lock); } while (0) 注意到“preempt_disable()”，这个调用的功能是“关抢占”（在spin_unlock中会重新开启抢占功能）。
从中可以看出，使用自旋锁保护的区域是工作在非抢占的状态；即使获取不到锁，在“自旋”状态也是禁止抢占的。
使用方法：Static spinlock_t xxx_lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;spin_lock(&xxx_lock);…spin_unlock(&xxx_lock);2)信号量semaphone只有一个持有者的信号量 叫mutex，当获取不成功时，任务会把自身放到一个队列中睡眠，一直等到信号量被释放时才唤醒。
必须在能睡眠的代码中使用。
void down(struct semaphore *sem){unsigned long flags;spin_lock_irqsave(&sem->lock, flags);if (likely(sem->count > 0))sem->count--;else__down(sem);spin_unlock_irqrestore(&sem->lock, flags);}for (;;) {if (signal_pending_state(state, task))goto interrupted;if (timeout <= 0)goto timed_out;__set_task_state(task, state);spin_unlock_irq(&sem->lock);timeout = schedule_timeout(timeout);spin_lock_irq(&sem->lock);if (waiter.up)return 0;}schedule_timeout函数是把当前进程推入等待列表，并在timeout时间后唤醒。
linux内核锁实现原理
linux内核锁实现原理Linux内核锁是Linux操作系统中实现多线程同步和互斥的一种机制。
在并发编程中，多个线程同时访问共享资源时，为了避免出现数据竞争和不一致的情况，需要使用锁来保护共享资源的访问。
Linux内核提供了多种类型的锁，例如互斥锁（mutex）、读写锁（rwlock）、自旋锁（spinlock）等。
不同类型的锁适用于不同的场景和需求。
下面将详细介绍Linux内核锁的实现原理。
1. 互斥锁（Mutex）：互斥锁是最常用的一种锁，用于实现对临界区的互斥访问。
Linux 内核中的互斥锁实现主要依赖于原子操作和等待队列。
原子操作用于实现锁的获取和释放操作，保证了这些操作的原子性，避免了竞态条件。
等待队列用于管理等待锁的线程，当一个线程尝试获取锁失败时，会被放入等待队列中，直到锁被释放后再唤醒等待队列中的线程。
2. 读写锁（RWLock）：读写锁是一种特殊的锁，用于实现对共享资源的读写操作。
它允许多个线程同时读取共享资源，但在写操作时必须互斥。
Linux内核中的读写锁实现主要依赖于原子操作和等待队列。
读操作不需要加锁，只有写操作需要加锁。
读写锁内部维护了两个计数器，一个用于记录读操作的数量，一个用于记录写操作的数量。
读操作时，会增加读计数器；写操作时，会判断读计数器和写计数器是否为零，如果不为零则等待；如果为零则增加写计数器。
当读操作和写操作完成后，会相应地减少计数器。
3. 自旋锁（Spinlock）：自旋锁是一种特殊的锁，用于实现对临界区的互斥访问。
与互斥锁不同的是，自旋锁不会主动释放CPU资源，而是一直尝试获取锁，直到获取成功。
自旋锁的实现主要依赖于原子操作。
当一个线程尝试获取自旋锁失败时，会不断地尝试获取锁，直到获取成功。
这种方式适用于临界区的持有时间很短的情况，避免了线程切换的开销。
除了上述常用的锁类型，Linux内核还提供了一些其他类型的锁，如信号量（Semaphore）、屏障（Barrier）等。
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linux内核调度与spinlock的相互关系
嵌入式linux中文站关于自旋锁用法介绍的文章，已经有很多，但有些细节的地方点的还不够透，因此我们在这里将着重介绍自旋锁相关的知识。
一、自旋锁（spinlock）简介
自旋锁在同一时刻只能被最多一个内核任务持有，所以一个时刻只有一个线程允许存在于临界区中。
这点可以应用在多处理机器、或运行在单处理器上的抢占式内核中需要的锁定服务。
二、信号量简介
这里也介绍下信号量的概念，因为它的用法和自旋锁有相似的地方。
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。
三、自旋锁和信号量对比
在很多地方自旋锁和信号量可以选择任何一个使用，但也有一些地方只能选择某一种。
下面对比一些两者的用法。
表1-1自旋锁和信号量对比
应用场合
信号量or自旋锁
低开销加锁（临界区执行时间较快）
优先选择自旋锁
低开销加锁（临界区执行时间较长）
优先选择信号量
临界区可能包含引起睡眠的代码
不能选自旋锁，可以选择信号量。