Linux內核主要由5個模塊構成，分別是：進程調度模塊、內存管理模塊、虛擬文件系統模塊、進程間通信模塊。

　　Linux經常使用散列表來實現高速緩存，高速緩存是需要快速訪問的信息。

　　Linux為什么需要同步機制？

　　在操作系統引入了進程概念，進程成為調度實體后，系統就具備了并發執行多個進程的能力，但也導致了系統中各個進程之間的資源競爭和共享。另外，由于中斷、異常機制的引入，以及內核態搶占都導致了這些內核執行路徑（進程）以交錯的方式運行。對于這些交錯路徑執行的內核路徑，如不采取必要的同步措施，將會對一些關鍵數據結構進行交錯訪問和修改，從而導致這些數據結構狀態的不一致，進而導致系統崩潰。因此，為了確保系統高效穩定有序地運行，linux必須要采用同步機制。

　　Linux內核提供了哪些同步機制？

　　在學習linux內核同步機制之前，先要了解以下預備知識：（臨界資源與并發源）

　　在linux系統中，我們把對共享的資源進行訪問的代碼片段稱為臨界區。把導致出現多個進程對同一共享資源進行訪問的原因稱為并發源。

　　Linux系統下并發的主要來源有：

　　中斷處理：例如，當進程在訪問某個臨界資源的時候發生了中斷，隨后進入中斷處理程序，如果在中斷處理程序中，也訪問了該臨界資源。雖然不是嚴格意義上的并發，但是也會造成了對該資源的競態。

　　內核態搶占：例如，當進程在訪問某個臨界資源的時候發生內核態搶占，隨后進入了高優先級的進程，如果該進程也訪問了同一臨界資源，那么就會造成進程與進程之間的并發。

　　多處理器的并發：多處理器系統上的進程與進程之間是嚴格意義上的并發，每個處理器都可以獨自調度運行一個進程，在同一時刻有多個進程在同時運行 。

　　如前所述可知：采用同步機制的目的就是避免多個進程并發并發訪問同一臨界資源。

　　Linux內核中9種同步機制

　　1）每CPU變量

　　主要形式是數據結構的數組，系統中的每個CPU對應數組的一個元素。

　　使用情況：數據應在邏輯上是獨立的

　　使用原則：應在內核控制路徑禁用搶占的情況下訪問每CPU變量。

　　2）原子操作

　　原理：是借助于匯編語言指令中對“讀－－修改－－寫”具有原子性的匯編指令來實現。

　　3）內存屏障

　　原理：使用內存屏障原語確保在原語之后的操作開始之前，原語之前的操作已經完成。

　　4）自旋鎖

　　主要用于多處理器環境中。

　　原理：如果一個內核控制路徑發現所請求的自旋鎖已經由運行在另一個CPU上的內核控制

　　路徑“鎖著”，就反復執行一條循環指令，直到鎖被釋放。

　　說明：自旋鎖一般用于保護禁止內核搶占的臨界區。

　　在單處理器上，自旋鎖的作用僅是禁止或啟用內核搶占功能。

　　5）順序鎖：

　　順序鎖與自旋鎖非常相似，僅有一點不同，即順序鎖中的寫者比讀者有較高的優先級，也就

　　意味著即使讀者正在讀的時候也允許寫者繼續運行。

　　６）RCU

　　主要用于保護被多個CPU讀的數據結構。

　　允許多個讀者和寫者同時運行，且RCU是不用鎖的。

　　使用限制：

　　１）RCU只保護被動態分配并通過指針引用的數據結構

　　２）在被RCU保護的臨界區中，任何內核控制路徑都不能睡眠。

　　原理：

　　當寫者要更新數據時，它通過引用指針來復制整個數據結構的副本，然后對這個副本進行

　　修改。修改完畢后，寫者改變指向原數據結構的指針，使它指向被修改后的副本，（指針

　　的修改是原子的）。

　　７）信號量：

　　原理： 當內核控制路徑試圖獲取內核信號量所保護的忙資源時，相應的進程被掛起；只有在

　　資源被釋放時，進程才再次變為可運行。

　　使用限制：只有可以睡眠的函數才能獲取內核信號量 ；

　　中斷處理程序和可延遲函數都不能使用內核信號量。

　　8）本地中斷禁止

　　原理：本地中斷禁止可以保證即使硬件設備產生了一個IRQ信號時，內核控制路徑也會繼續運行，

　　從而使中斷處理例程訪問的數據結構受到保護。

　　不足：禁止本地中斷并不能限制運行在另一個CPU上的中斷處理程序對共享數據結構的并發訪問，

　　故在多處理器環境中，禁止本地中斷需要與自旋鎖一起使用。

　　9）本地軟中斷的禁止

　　方法1：

　　由于軟中斷是在硬件中斷處理程序結束時開始運行的，所以最簡單的方式是禁止那個CPU上的中斷。

　　因為沒有中斷處理例程被激活，故軟中斷就沒有機會運行。

　　方法2：

　　通過操縱當前thread_info描述符preempt_count字段中存放的軟中斷計數器，可以在本地CPU上激活

　　或禁止軟中斷。因為內核有時只需要禁止軟中斷而不禁止中斷。