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Linux内核13_1-进程切换是对FPU单元的处理_X86

Linux对FPU硬件单元的处理

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。 1 简介 从英特尔80486DX开始，算术浮点单元（FPU）就已经被集成到CPU中了。但是之所以还继续使用数学协处理器，是因为以前使用专用芯片进行浮点运算，所以这算是旧习惯的沿用吧。为了与旧CPU架构模型兼容，指令的使用方式与整数运算一样，只是使用了转义指令，也就是在原有的指令基础上加上前缀，组成新...

Posted by Tupelo Shen on April 19, 2020

Linux内核35-Completion机制

Linux同步之Completion机制的工作原理以及实现

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。 1 Completion机制的工作原理 内核编程中的一个常见模式就是在当前进程中，再去启动另外一个活动，比如创建新的内核线程或用户进程、向已存在的进程发起请求、再或者操作某些硬件。针对这些情况，内核当然可以尝试使用信号量同步两个任务，代码如下所示： struct semaphore sem; i...

Posted by Tupelo Shen on April 14, 2020

Linux内核34-读/写信号量

Linux-读/写信号量的工作原理以及实现机制

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。 1 读/写信号量的工作原理 读/写信号量和读/写自旋锁类似，不同的地方是进程在等待读/写信号量的时候处于挂起状态，而在等待读/写自旋锁的时候是处于忙等待，也就是自旋的状态中。 那也就是说，读/写信号量同读/写自旋锁一样，对于读操作，多个内核控制路径可以并发请求一个读写信号量；而对于写操作，每个内核...

Posted by Tupelo Shen on April 13, 2020

Linux内核33-信号量

Linux-信号量的工作原理以及应用场合

1 什么是信号量？ 对于信号量我们并不陌生。信号量在计算机科学中是一个很容易理解的概念。本质上，信号量就是一个简单的整数，对其进行的操作称为PV操作。进入某段临界代码段就会调用相关信号量的P操作；如果信号量的值大于0，该值会减1，进程继续执行。相反，如果信号量的值等于0，该进程就会等待，直到有其它程序释放该信号量。释放信号量的过程就称为V操作，通过增加信号量的值，唤醒正在等待的进程。 ...

Posted by Tupelo Shen on April 12, 2020

Linux内核32-读-拷贝-更新（RCU）

Linux-读-拷贝-更新（RCU）工作原理以及应用场合

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。 1 引言 seqlock锁只能允许一个写操作，但是有些时候我们可能需要多个写操作可以并发执行。所以，Linux内核引入了读-拷贝-更新技术（英文是Read-copy update，简称RCU），它是另外一种同步技术，主要用来保护被多个CPU读取的数据结构。RCU允许多个读操作和多个写操作并发执行。更...

Posted by Tupelo Shen on April 12, 2020

Linux内核31-Seqlock

Linux-Seqlock锁工作原理以及应用场合

1 什么是seqlock锁？ 上一篇文章中，我们已经学习了读/写自旋锁的工作原理和实现方式（基于ARM架构体系）。但是，有一个问题我们不得不考虑，那就是read锁和write锁的优先级问题：它们具有相同的优先级，所以，读操作必须等到写操作完成后才能执行，同样，写操作必须等到读操作完成后才能执行。 Linux2.6内核版本引入了Seqlock锁，与读写自旋锁基本一样，只是对于写操作来说，具...

Posted by Tupelo Shen on April 12, 2020

Linux内核30-读写自旋锁

Linux读写自旋锁工作原理以及应用场合

1 读/写自旋锁概念 自旋锁解决了多核系统在内核抢占模式下的数据共享问题。但是，这样的自旋锁一次只能一个内核控制路径使用，这严重影响了系统的并发性能。根据我们以往的开发经验，大部分的程序都是读取共享的数据，并不更改；只有少数时候会修改数据。为此，Linux内核提出了读/写自旋锁的概念。也就是说，没有内核控制路径修改共享数据的时候，多个内核控制路径可以同时读取它。如果有内核控制路径想要修改这...

Posted by Tupelo Shen on April 9, 2020

Linux内核29-原子操作

Linux有哪些原子操作

1 引言 汇编指令读写内存变量的过程我们称为read-modify-write，简称为RMW操作。也就是说，它们读写一个内存区域两次，第一次读取旧值，第二次写入新值。 假设有两个不同的内核控制路径运行在两个CPU上，同时尝试RMW操作相同的内存区域且执行的是非原子操作。起初，两个CPU尝试读取相同位置，但是内存仲裁器（促使串行访问RAM的电路）确定一个可以访问，让另一个等待。但是，当第一...

Posted by Tupelo Shen on April 8, 2020

Linux内核28-自旋锁

自旋锁的工作原理和使用场景

1 引言 使用最广泛的同步技术就是加锁。对于锁概念，我相信大家已经不陌生了，不论是实时嵌入式系统还是服务器上的操作系统，都使用了这个概念。所以对于锁的理解就不再赘述了。 自旋锁是设计用来在多核系统中工作的一种特殊锁。如果内核控制路径发现自旋锁空闲，则申请加锁然后执行。相反，如果发现锁已经被其它CPU上的内核控制路径占用，它就会一直自旋，就是在循环查看锁是否已经释放，直到该锁被释放。 自...

Posted by Tupelo Shen on April 5, 2020

Linux内核27-优化和内存屏障

内核中优化和内存屏障的工作原理和使用场景

1. 引言 我们都知道，带有优化的编译器，会尝试重新排序汇编指令，以提高程序的执行速度。但是，当在处理同步问题的时候，重新排序的指令应该被避免。因为重新排序可能会打乱我们之前想要的同步效果。其实，所有的同步原语都可以充当优化和内存屏障。 优化屏障保证屏障原语前后的C语言转换成汇编语言之后，指令序列不会发生变化。比如说，对于Linux内核的barrier()宏，展开后就是asm volat...

Posted by Tupelo Shen on April 5, 2020

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