第一章 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的簡介
處于上層應(yīng)用與底層硬件設(shè)備的軟件層
區(qū)分機(jī)制和策略是Linux最好的思想之一，機(jī)制指的是需要提供什么功能，策略指的是如何使用這個(gè)功能！
通常不同的環(huán)境需要不同的方式來使用硬件，則驅(qū)動(dòng)應(yīng)當(dāng)盡可能地不實(shí)現(xiàn)策略．
驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)需要考慮一下幾個(gè)方面的因素：
? ? ① 提供給用戶盡量多的選項(xiàng)
? ? ② 編寫驅(qū)動(dòng)程序所占用的時(shí)間，驅(qū)動(dòng)程序的操作耗時(shí)需要盡量縮減．
? ? ③ 盡量保持程序簡單
內(nèi)核概覽：
? ? ①? 進(jìn)程管理:
? ? ? ? 負(fù)責(zé)創(chuàng)建和銷毀進(jìn)程，并處理它們和外部世界之間的連接（輸入輸出），調(diào)度器也屬于進(jìn)程管理中的
? ? ②? 內(nèi)存管理:
? ? ? ? 內(nèi)核在有限的可用資源上為每一個(gè)進(jìn)程都創(chuàng)建了一個(gè)虛擬地址空間
? ? ③? 設(shè)備管理:
? ? ? ? 幾乎所有的系統(tǒng)操作都會(huì)映射到具體的硬件設(shè)備上
? ? ④? 文件系統(tǒng):
? ? ? ? 一切皆文件，一個(gè)kernel可能包含多個(gè)文件系統(tǒng)，比如 存儲(chǔ)硬盤被抽象成ext3文件系統(tǒng)
? ? ⑤? 網(wǎng)絡(luò):
? ? ? ? 網(wǎng)絡(luò)功能必須用操作系統(tǒng)來管理，因?yàn)榇蟛糠值木W(wǎng)絡(luò)操作和具體的進(jìn)程無關(guān)：數(shù)據(jù)包的傳入是異步事件
設(shè)備以及模塊的分類：
? ? 模塊:
? ? ? ? 內(nèi)核模塊可以隨時(shí)載入到系統(tǒng)中，即便系統(tǒng)已經(jīng)處于運(yùn)行狀態(tài)，通常使用的方法是insmod加載，rmmod卸載
? ? ? ? 字符模塊，塊模塊，網(wǎng)絡(luò)模塊，這三個(gè)模塊并不是必須單獨(dú)存在的，在設(shè)計(jì)模塊的時(shí)候，常常需要對于同一
? ? ? ? 個(gè)硬件設(shè)備或者功能定義成不同的模塊，這樣可以增強(qiáng)后期的擴(kuò)展性。
? ? 設(shè)備:
? ? ? ? 字符設(shè)備: 那些可以以字節(jié)流的方式進(jìn)行訪問的設(shè)備, 字符設(shè)備與常規(guī)的文件的區(qū)別在于字符設(shè)備只是數(shù)據(jù)管道，另外，字符
? ? ? ? ? ? 設(shè)備也可以被看成數(shù)據(jù)區(qū)
? ? ? ? 塊設(shè)備：塊設(shè)備也是通過文件節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作的，比如 disk硬件就是屬于塊設(shè)備并且掛載了一個(gè)文件系統(tǒng).
? ? ? ? ? ? 和字符設(shè)備類似，塊設(shè)備也是通過/dev 目錄下的文件系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)來訪問。另外，Linux可以讓應(yīng)用
? ? ? ? ? ? 程序向字符設(shè)備一樣地讀寫塊設(shè)備，允許一次傳遞任意多字節(jié)的數(shù)據(jù)，那兩者的區(qū)別是什么呢？
? ? ? ? ? ? 兩者的區(qū)別僅僅在于內(nèi)核內(nèi)部管理數(shù)據(jù)的方式，也就是內(nèi)核以驅(qū)動(dòng)程序間的軟件接口。
? ? ? ? 網(wǎng)絡(luò)接口:
? ? ? ? ? ? 網(wǎng)絡(luò)接口由內(nèi)核中的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，負(fù)責(zé)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。由于不是面向流的設(shè)備，因此無法將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備映射到/dev 下
? ? ? ? ? ? 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，所以內(nèi)核和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序間的通訊完全不同于內(nèi)核和字符以及塊驅(qū)動(dòng)程序之間的通訊，內(nèi)核擁有一套和數(shù)據(jù)包傳輸
? ? ? ? ? ? 相關(guān)的函數(shù)。
? ? 文件系統(tǒng)：
? ? ? ? 文件系統(tǒng)也是內(nèi)核模塊化的表現(xiàn)，它決定了如何在塊設(shè)備上組織數(shù)據(jù)，以表示目錄和文件形成的樹，但是文件系統(tǒng)因?yàn)闆]有實(shí)際物理設(shè)備所以
? ? ? ? 并不是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,相反，文件系統(tǒng)是一個(gè)軟件驅(qū)動(dòng)程序，它將低層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)映射到高層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，決定文件名以及在目錄項(xiàng)中存儲(chǔ)文件的
? ? ? ? 哪些信息等等。
? ? ? ? 文件系統(tǒng)模塊必須實(shí)現(xiàn)訪問目錄和文件的最底層系統(tǒng)調(diào)用，方法是將文件名和路徑（以及其他一些信息，比如訪問模式等）映射到數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)
? ? ? ? 結(jié)構(gòu)中，這種接口完全獨(dú)立于在磁盤上傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)的傳輸由塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)完成。
? ? 驅(qū)動(dòng)程序編寫者應(yīng)當(dāng)盡量避免在代碼中實(shí)現(xiàn)安全策略，安全策略問題最好在系統(tǒng)管理員的控制之下，由內(nèi)核的高層來實(shí)現(xiàn)。
? ? 任何從內(nèi)核中得到的內(nèi)存，都必須在提供給用戶進(jìn)程或者設(shè)備之前清零或者以其他方式初始化，否則就可能發(fā)生信息泄露（如數(shù)據(jù)和密碼的泄露等）。
? ? Linux內(nèi)核可以編譯為不支持模塊方式，從而可以關(guān)閉任何模塊相關(guān)的安全漏洞。
第二章 構(gòu)造和運(yùn)行模塊
內(nèi)核模塊與應(yīng)用程序的對比：
? ? 大多數(shù)應(yīng)用程序是從頭到尾執(zhí)行單個(gè)任務(wù)，而內(nèi)核模塊卻只是預(yù)先注冊自己以便服務(wù)需要的某個(gè)請求，比如初始化函數(shù)的任務(wù)就是為了以后
? ? 調(diào)用模塊函數(shù)預(yù)先作準(zhǔn)備。
? ? 應(yīng)用程序在退出時(shí)，可以不管資源的釋放或者其他的清除工作，但內(nèi)核模塊的退出函數(shù)卻必須仔細(xì)撤銷初始化函數(shù)所做的一切，否則，在系統(tǒng)
? ? 重新引導(dǎo)之前某些東西就會(huì)殘留在系統(tǒng)中。
? ? 應(yīng)用程序可以調(diào)用它并未定義的函數(shù)，主要原因是鏈接過程能夠解析外部引用從而使用適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)庫。然后，內(nèi)核模塊僅僅被鏈接到內(nèi)核，所以
? ? 它僅僅能夠調(diào)用由內(nèi)核導(dǎo)出的那些函數(shù)，而不存在任何可鏈接的函數(shù)庫。
? ? 在各環(huán)境下的處理錯(cuò)誤的方式兩者也是不同的，應(yīng)用程序開發(fā)過程中的段錯(cuò)誤是無害的，并且總是可以使用調(diào)試跟蹤到源代碼中的問題所在，
? ? 而一個(gè)內(nèi)核錯(cuò)誤即使不影響整個(gè)系統(tǒng)，也至少會(huì)殺死當(dāng)前進(jìn)程。
用戶空間和內(nèi)核空間
? ? 模塊運(yùn)行在內(nèi)核空間，應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶空間，Unix使用兩種操作模式或級(jí)別來實(shí)現(xiàn)針對CPU的不同操作，內(nèi)核運(yùn)行在最高級(jí)別（也稱為超級(jí)用戶態(tài)），
? ? 在這個(gè)級(jí)別中可以進(jìn)行所有的操作，而應(yīng)用程序運(yùn)行在最低級(jí)別（即所謂的用戶態(tài)），在這個(gè)級(jí)別中，處理器控制著對硬件的直接訪問以及堆內(nèi)存的非授權(quán)
? ? 訪問。兩種的不同的級(jí)別是針對CPU而言的，所以當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用或者被硬件中斷掛起的時(shí)候，CPU的保護(hù)級(jí)別就從最低級(jí)別硬件上切換到最高級(jí)別了。
? ? 另外，一旦從用戶空間切換到內(nèi)核空間，執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用的內(nèi)核代碼運(yùn)行在進(jìn)程上下文中，它代表調(diào)用進(jìn)程執(zhí)行操作，因此能夠訪問進(jìn)程地址空間的所有數(shù)據(jù)，
? ? 而處理硬件中斷的內(nèi)核代碼和進(jìn)程是異步的，與任何一個(gè)特定進(jìn)程無關(guān)。
內(nèi)核中的并發(fā)：
? ? 為什么內(nèi)核編程需要考慮并發(fā)問題？
? ? 1. Linux系統(tǒng)中通常正在運(yùn)行多個(gè)并發(fā)進(jìn)程，并且可能有多個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用我們的驅(qū)動(dòng)程序。
? ? 2. 大多數(shù)設(shè)備能夠中斷處理器，而中斷處理程序異步運(yùn)行，而且可能在驅(qū)動(dòng)程序正試圖處理其他任務(wù)時(shí)被調(diào)用
? ? 3. 部分軟件抽象（內(nèi)核定時(shí)器）也在異步運(yùn)行著
? ? 4. 多處理器系統(tǒng)，可能存在多個(gè)CPU運(yùn)行驅(qū)動(dòng)程序
? ? 5. 內(nèi)核已經(jīng)實(shí)現(xiàn)可搶占
當(dāng)前進(jìn)程
? ? struct task_struct *current;
? ? 內(nèi)核代碼可以通過訪問全局項(xiàng)current來獲得當(dāng)前進(jìn)程，而2.6后，current不再是一個(gè)全局變量（為什么呢？ 因?yàn)樾枰С侄嗵幚砥飨到y(tǒng)），而是將
? ? 指向task_struct結(jié)構(gòu)的指針隱藏在內(nèi)核棧中。
其他：
? ? 應(yīng)用程序在虛擬內(nèi)存中布局，并具有一塊很大的?？臻g（棧是用來保存函數(shù)調(diào)用歷史以及當(dāng)前活動(dòng)函數(shù)中的自動(dòng)變量的），相反內(nèi)核具有非常小的棧
? ? （可能是4096字節(jié)大?。覀冏约旱暮瘮?shù)必須和整個(gè)內(nèi)核空間調(diào)用鏈一同共享這個(gè)棧，則盡量避免聲明大的自動(dòng)變量。
? ? 內(nèi)核代碼不能實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，為什么？ 因?yàn)槿绻蜷_了浮點(diǎn)支持，在某些架構(gòu)上需要在進(jìn)入和退出內(nèi)核空間時(shí)保存和恢復(fù)浮點(diǎn)處理器的狀態(tài)，會(huì)帶來一定的
? ? 額外開銷，同時(shí)該開銷無任何價(jià)值。
裝載和卸載模塊：
? ? insmod: 將模塊的代碼和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)核，使用sys_init_module給模塊分配內(nèi)核內(nèi)存（vmalloc）以便裝載模塊，然后將模塊正文復(fù)制到內(nèi)存區(qū)域，并
? ? 通過內(nèi)核符號(hào)表解析模塊中的內(nèi)核引用，最后調(diào)用模塊的初始化函數(shù)。
? ? modprobe: 和insmod類似，也是用來將模塊裝載到內(nèi)核中，它與insmod的區(qū)別在于，它除了裝入指定模塊外還同時(shí)裝入指定模塊所依賴的其他模塊。
? ? rmmod: 從內(nèi)核中移出模塊
? ? lsmod: 列出當(dāng)前裝載到內(nèi)核中的所有模塊，還提供了其他一些信息，lsmod是通過讀取/proc/modules虛擬文件來獲得這些信息，有關(guān)當(dāng)前已裝載模塊的信息
? ? ? ? 也可以在sysfs虛擬文件系統(tǒng)的/sys/module下找到
內(nèi)核符號(hào)表：
? ? 公共內(nèi)核符號(hào)表中包含了所有的全局內(nèi)核項(xiàng)（即函數(shù)和變量）的地址，當(dāng)模塊被裝入內(nèi)核后，它所導(dǎo)出的任何符號(hào)都會(huì)變成內(nèi)核符號(hào)表的一部分。
? ? 新模塊可以使用已有模塊的導(dǎo)出的符號(hào)，這樣就可以在其他模塊上層疊新的模塊。
? ? modprobe 是處理層疊模塊的一個(gè)實(shí)用工具。
? ? EXPORT_SYMBOL(name)以及EXPORT_SYMBOL_GPL(name)均用來將給定的符號(hào)導(dǎo)出到模塊外部，_GPL版本使得要導(dǎo)出的模塊只能被GPL許可證下的模塊使用，
? ? 導(dǎo)出到外部的變量在模塊可執(zhí)行文件的特殊部分(ELF段)中保存，在裝載時(shí)，內(nèi)核通過這個(gè)段來尋找模塊導(dǎo)出的變量。
模塊的初始化和關(guān)閉：
? ? 初始化函數(shù)應(yīng)該被聲明為static
? ? __init：該標(biāo)記（非必須）表明該函數(shù)僅在初始化期間使用，在模塊被裝載后，模塊裝載器就會(huì)將初始化函數(shù)扔掉，這樣可將給函數(shù)占用的內(nèi)存釋放出來，
? ? 達(dá)到節(jié)省內(nèi)存的作用? ?
? ? module_init： 這個(gè)宏會(huì)在模塊的目標(biāo)代碼中增加一個(gè)特殊的段，用于說明內(nèi)核初始化函數(shù)所在的位置，所以可見，如果沒有這個(gè)定義，
? ? 初始化函數(shù)永遠(yuǎn)不會(huì)被調(diào)用
初始化過程中的錯(cuò)誤處理：
? ? 內(nèi)核經(jīng)常使用goto來處理錯(cuò)誤，因?yàn)閷ζ涞淖屑?xì)使用可以避免大量復(fù)雜的、高度縮進(jìn)的結(jié)構(gòu)化邏輯。
在用戶空間編寫驅(qū)動(dòng)程序：
? ? 通常用戶空間的驅(qū)動(dòng)程序被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)服務(wù)器進(jìn)程，其任務(wù)是替代內(nèi)核作為硬件控制的唯一代理。
? ? 為什么需要在用戶空間編寫驅(qū)動(dòng)程序?
? ? ① 可以和這整個(gè)C庫鏈接。驅(qū)動(dòng)程序不用借助外部程序就可以完成許多非常規(guī)任務(wù)
? ? ② 可以使用通常的調(diào)試器調(diào)試驅(qū)動(dòng)程序代碼
? ? ③ 如果用戶空間程序被掛起，則簡單地殺掉它就行了，驅(qū)動(dòng)程序帶來的問題不會(huì)掛起整個(gè)系統(tǒng)，除非所驅(qū)動(dòng)的硬件已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重故障
? ? ④ 和內(nèi)核內(nèi)存不同，用戶內(nèi)存可以換出，如果驅(qū)動(dòng)程序很大但是不經(jīng)常使用，則除了正在使用的情況之外，不會(huì)占太多內(nèi)存。
? ? ⑤ 良好設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程序仍然支持對設(shè)備的并發(fā)訪問
? ? 用戶空間驅(qū)動(dòng)程序缺點(diǎn)：
? ? ① 中斷在用戶空間不可用
? ? ② 只有通過mmap映射/dev/mem才能直接訪問設(shè)備內(nèi)存，但只有特權(quán)用戶才可以執(zhí)行這個(gè)操作
? ? ③ 只有在調(diào)用ioperm或iopl后才可以訪問I/O端口，這兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用并不是所有平臺(tái)都支持，而且訪問速度慢，同樣也只有特權(quán)用戶才能調(diào)用這兩個(gè)接口
? ? ④ 響應(yīng)時(shí)間慢
? ? ⑤ 如果驅(qū)動(dòng)程序被換出到磁盤，響應(yīng)時(shí)間會(huì)更長。
? ? ⑥ 用戶空間中不能處理一些非常重要的設(shè)備，包括網(wǎng)絡(luò)接口和塊設(shè)備等
第三章 字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
? ? 編寫驅(qū)動(dòng)程序的第一步就是定義驅(qū)動(dòng)程序?yàn)橛脩舫绦蛱峁┑哪芰ΓC(jī)制）
主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)
? ? 對字符設(shè)備的訪問是通過文件系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備名稱（文件系統(tǒng)樹的節(jié)點(diǎn)）進(jìn)行的，它們通常位于/dev目錄。
? ? ls -l : 第一列為c表示是字符設(shè)備，第一列為b表示塊設(shè)備
? ? 通常而言，主設(shè)備號(hào)標(biāo)識(shí)設(shè)備對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，次設(shè)備號(hào)由內(nèi)核使用，用于正確確定設(shè)備文件所指的設(shè)備。比如設(shè)備中存在很多l(xiāng)ed，可以理解為所有的led
? ? 都是通過同一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序管理，對應(yīng)的主設(shè)備號(hào)是同一個(gè)，但是不同的led設(shè)備卻具有不同的次設(shè)備號(hào)。
設(shè)備編號(hào)的內(nèi)部表達(dá)：
? ? 內(nèi)核中，dev_t類型用來保存設(shè)備編號(hào)(主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)), 2.6.0 內(nèi)核版本dev_t是一個(gè)32位的數(shù)，其中的12位用來表示主設(shè)備號(hào)，其余20位用來表示
? ? 次設(shè)備號(hào)。
內(nèi)核重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):
? ? file_operations：
? ? ? ? file_operations結(jié)構(gòu)是用來建立file與驅(qū)動(dòng)程序操作的連接，每一個(gè)打開的文件（內(nèi)部有一個(gè)file結(jié)構(gòu)表示）和一組函數(shù)關(guān)聯(lián)（通過包含一個(gè)指
? ? ? ? 向file_operations結(jié)構(gòu)的f_op字段）
? ? ? ? file_operations結(jié)構(gòu)介紹：
? ? ? ? ? ? struct module *owner: 指向擁有該結(jié)構(gòu)的模塊的指針，內(nèi)核使用這個(gè)字段以避免在模塊的操作正在被使用時(shí)卸載該模塊。
? ? ? ? ? ? unsigned int (*poll) : 該方法是poll、epoll和select這三個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的后端實(shí)現(xiàn)，這三個(gè)系統(tǒng)調(diào)用可用來查詢某個(gè)或多個(gè)文件描述符
? ? ? ? ? ? 上的讀取或?qū)懭胧欠駮?huì)被阻塞
? ? ? ? ? ? int (*mmap) : 該方法用于請求將設(shè)備內(nèi)存映射到進(jìn)程地址空間，如果設(shè)備沒有實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法，那么mmap系統(tǒng)調(diào)用將返回-ENODEV
? ? ? ? ? ? int (*flush) : 對flush操作的調(diào)用發(fā)生在進(jìn)程關(guān)閉設(shè)備文件描述符副本的時(shí)候，它應(yīng)該執(zhí)行設(shè)備上尚未完結(jié)的操作。
? ? file結(jié)構(gòu)：
? ? ? ? file結(jié)構(gòu)代表一個(gè)打開的文件(也可以理解為文件描述符)（它并不僅僅限定于設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，系統(tǒng)中每個(gè)打開的文件在內(nèi)核空間都有一個(gè)對應(yīng)的file結(jié)構(gòu)）,它
? ? ? ? 由內(nèi)核在open時(shí)創(chuàng)建，并傳遞給在該文件上進(jìn)行的所有函數(shù)，直到最后的close函數(shù)。
? ? ? ? file結(jié)構(gòu)的重要成員：
? ? ? ? ? ? loff_t f_pos:
? ? ? ? ? ? ? ? 這個(gè)成員之前一直沒有注意到過，它主要用于表示當(dāng)前的讀/寫位置.
? ? ? ? ? ? struct file_operations *f_op:
? ? ? ? ? ? ? ? 與文件相關(guān)的操作，內(nèi)核在執(zhí)行open操作時(shí)對這個(gè)指針賦值，可以在任何需要的時(shí)候修改文件的關(guān)聯(lián)操作，這有點(diǎn)而類似于面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)中的方法重載。
? ? inode結(jié)構(gòu)：
? ? ? ? 內(nèi)核用inode結(jié)構(gòu)在內(nèi)部表示文件，單個(gè)文件對應(yīng)于唯一的inode,inode與file是一對多的關(guān)系,對于該結(jié)構(gòu)可以參考linux文件系統(tǒng)的介紹。
字符設(shè)備的注冊：
? ? 內(nèi)核內(nèi)部使用struct cdev結(jié)構(gòu)來表示字符設(shè)備。
? ? open方法：
? ? ? ? open主要完成以下工作：
? ? ? ? 1. 檢查設(shè)備特定的錯(cuò)誤（諸如設(shè)備未就緒或類似的硬件問題）
? ? ? ? 2. 如果設(shè)備是首次打開，則對其進(jìn)行初始化
? ? ? ? 3. 如有必要，更新f_op指針（這里就是之前所說的可以根據(jù)需要隨時(shí)更新operations指針，從而實(shí)現(xiàn)方法重載）
? ? ? ? 4. 分配并填寫至于filp->private_data里的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
? ? contianer_of(pointer, container_type, container_field):
? ? ? ? 已知結(jié)構(gòu)體container_type的成員container_field的地址pointer，求解結(jié)構(gòu)體container_type的結(jié)構(gòu)指針.
? ? release方法：
? ? ? ? 主要完成以下任務(wù)：
? ? ? ? 1. 釋放有open分配的、保存在filp->private_data中的所有內(nèi)容
? ? ? ? 2. 在最后一次關(guān)閉操作時(shí)關(guān)閉設(shè)備
? ? read和write方法：
? ? ? ? read: 拷貝數(shù)據(jù)到應(yīng)用程序空間， write: 從應(yīng)用程序空間拷貝數(shù)據(jù)
? ? ? ? 兩個(gè)方法中的buff參數(shù)是用戶空間的指針，內(nèi)核代碼不能直接引用其中的內(nèi)容，主要原因如下：
? ? ? ? ①? 隨著驅(qū)動(dòng)程序所運(yùn)行的架構(gòu)的不同或者內(nèi)核配置的不同，在內(nèi)核模式中運(yùn)行時(shí)，用戶空間可能是無效的，該指針地址可能根本無法被映射到內(nèi)核空間
? ? ? ? 或者可能指向某些隨機(jī)數(shù)據(jù)
? ? ? ? ②? 即使該指針在內(nèi)核空間代表相同的東西，但用戶空間的內(nèi)存是分頁的，而在系統(tǒng)調(diào)用被調(diào)用時(shí)，涉及到的內(nèi)存可能根本就不在RAM中，
? ? ? ? 對用戶空間內(nèi)存的直接引用將導(dǎo)致頁錯(cuò)誤。
? ? ? ? ③ 這里的指針可能是應(yīng)用空間某個(gè)惡意程序調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用傳入的，如果在內(nèi)核中直接訪問則會(huì)帶來系統(tǒng)安全性問題
? ? ? ? read方法返回值：
? ? ? ? ? ? ① 如果返回值等于傳遞給read系統(tǒng)調(diào)用的count參數(shù)，則說明所請求的字節(jié)數(shù)傳輸成功完成了
? ? ? ? ? ? ② 如果返回值是正的，但是比count小，則說明只有部分?jǐn)?shù)據(jù)成功傳送，這種情況因設(shè)備的不同可能許多原因，大部分情況下，程序會(huì)重新
? ? ? ? ? ? 讀數(shù)據(jù)。
? ? ? ? ? ? ③ 如果返回值為0，則表示已經(jīng)到達(dá)了文件尾
? ? ? ? ? ? ④ 負(fù)值意味著發(fā)生了錯(cuò)誤
? ? ? ? ? ? ⑤ 如果當(dāng)前還沒有數(shù)據(jù)的話,read系統(tǒng)調(diào)用會(huì)出現(xiàn)阻塞
? ? ? ? write方法返回值：
? ? ? ? ? ? ① 如果返回值等于count,則完成了所請求數(shù)目的字節(jié)傳送
? ? ? ? ? ? ② 如果返回值是正的，但小于count，則只傳輸了部分?jǐn)?shù)據(jù)，程序很可能再次試圖寫入余下的數(shù)據(jù)
? ? ? ? ? ? ③ 如果返回值為0，意味著什么也沒寫入，這種結(jié)果不是錯(cuò)誤
? ? ? ? ? ? ④ 負(fù)值意味發(fā)生了錯(cuò)誤
? ? copy_to_user(...)以及copy_from_user(...):
? ? ? ? 這兩個(gè)函數(shù)首先會(huì)檢查用戶空間的指針是否有效，之后進(jìn)行內(nèi)核空間和用戶空間之間的數(shù)據(jù)拷貝，否則不會(huì)進(jìn)行拷貝。
? ? ? ? 這里需要注意的是，當(dāng)內(nèi)核空間內(nèi)運(yùn)行的代碼訪問用戶空間時(shí)要多加小心，被尋址的用戶空間的頁面可能當(dāng)前并不在內(nèi)存中（當(dāng)頁面處于交換空間時(shí)），
? ? ? ? 于是虛擬內(nèi)存子系統(tǒng)將該進(jìn)程轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)，直到頁面被傳送到期望的位置。
第四章 調(diào)試技術(shù)
內(nèi)核中的調(diào)試支持
? ? 內(nèi)核配置選項(xiàng)：
? ? ? ? CONFIG_DEBUG_KERNEL
? ? ? ? ? ? 該選項(xiàng)僅僅使得其他的調(diào)試選項(xiàng)可用，它本身不會(huì)打開所有的調(diào)試功能
? ? ? ? CONFIG_DEBUG_SLAB
? ? ? ? ? ? 用于打開內(nèi)核內(nèi)存分配函數(shù)中的多個(gè)類型的檢查，打開該檢查后，就可以檢測許多內(nèi)存溢出及忘記初始化的錯(cuò)誤。該選項(xiàng)的主要原理是：
? ? ? ? ? ? ? ? 內(nèi)核會(huì)將其中的每個(gè)字節(jié)設(shè)置為0xa5,而在釋放后將其設(shè)置為0x6b，另外，它還會(huì)在每個(gè)已分配內(nèi)存對象的前面和后面放置一些特殊的防護(hù)值，
? ? ? ? ? ? ? ? 這樣，當(dāng)這些防護(hù)值發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)核就可以知道有些代碼超出了內(nèi)存的正常訪問范圍。
? ? ? ? CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
? ? ? ? ? ? 在釋放時(shí)，全部內(nèi)存頁從內(nèi)核地址空間中移出，該選項(xiàng)將大大降低運(yùn)行速度，但可以快速定位特定的內(nèi)存損壞錯(cuò)誤的所在位置
? ? ? ? CONFIG_DEBUG_SPINLOCK
? ? ? ? ? ? 打開該選項(xiàng)，內(nèi)核將捕獲對未初始化自旋鎖的操作，也會(huì)捕獲諸如兩次解開同一鎖的操作
? ? ? ? CONFIG_DEBUG_SPINLOCK_SLEEP
? ? ? ? ? ? 該選項(xiàng)將檢查擁有自旋鎖時(shí)的休眠企圖，實(shí)際上如果調(diào)用可能引起休眠的函數(shù)，這個(gè)選項(xiàng)也會(huì)生效，即使該函數(shù)可能不會(huì)導(dǎo)致真正的休眠
? ? ? ? CONFIG_INIT_DEBUG
? ? ? ? ? ? 標(biāo)記為__init(或者_(dá)_initdata)的符號(hào)將會(huì)在系統(tǒng)初始化或者模塊裝載之后被丟棄，該選項(xiàng)可用來檢查初始化完成之后對用于初始化的內(nèi)存空間
? ? ? ? ? ? 的訪問企圖
? ? ? ? CONFIG_DEBUG_STACKOVERFLOW
? ? ? ? CONFIG_DEBUG_STACK_USAGE
? ? ? ? ? ? 這些選項(xiàng)可幫助跟蹤內(nèi)核棧的溢出問題。
? ? ? ? CONFIG_KALLSYMS
? ? ? ? ? ? 該選項(xiàng)用于調(diào)試上下文，沒有此符號(hào)，oops清單只能給出十六進(jìn)制的內(nèi)核反向跟蹤信息。
? ? ? ? CONFIG_IKCONFIG
? ? ? ? CONFIG_IKCONFIG_PROC
? ? ? ? ? ? 這些選項(xiàng)會(huì)讓完整的內(nèi)核配置狀態(tài)包含到內(nèi)核中，并可通過/proc訪問。
? ? ? ? CONFIG_ACPI_DEBUG
? ? ? ? ? ? 該選項(xiàng)將打開ACPI（高級(jí)配置和電源接口）中的詳細(xì)調(diào)試信息。
? ? ? ? CONFIG_DEBUG_DRIVER
? ? ? ? ? ? 該選項(xiàng)會(huì)打開驅(qū)動(dòng)程序核心中的調(diào)試信息
? ? ? ? CONFIG_SCSI_CONSTANTS
? ? ? ? ? ? 打開詳細(xì)的SCSI錯(cuò)誤消息
? ? ? ? CONFIG_INPUT_EVBUG
? ? ? ? ? ? 打開對輸入事件的詳細(xì)記錄，該選項(xiàng)會(huì)導(dǎo)致一定的安全問題（會(huì)記錄用戶鍵入的任何東西，包括密碼）
? ? ? ? CONFIG_PROFILING
? ? ? ? ? ? 用于系統(tǒng)性能的調(diào)節(jié)
通過打印調(diào)試：
? ? printk 與printf的差異：
? ? printk與printf最大的不同在于printk缺乏對浮點(diǎn)數(shù)的支持
? ? 通過附加不同日志級(jí)別可讓printk根據(jù)這些級(jí)別所表示的嚴(yán)重程度對消息進(jìn)行分類。
? ? ? ? 例如KENR_INFO 表示日志界別的宏，該宏會(huì)展開為一個(gè)字符串，在編譯時(shí)預(yù)處理器會(huì)將它和消息文本拼接在一起，這也是為什么
? ? ? ? printk中的優(yōu)先級(jí)和格式字串間沒有逗號(hào)。
? ? ? ? 日志級(jí)別：
? ? ? ? ? ? KERN_EMERG： 用于緊急事件消息，一般是系統(tǒng)崩潰之前提示的消息,值為0
? ? ? ? ? ? KERN_ALERT： 用于需要立即采取動(dòng)作的情況,值為1
? ? ? ? ? ? KERN_CRIT： 臨界狀態(tài)，通常涉及驗(yàn)證的硬件或軟件操作失敗,值為2
? ? ? ? ? ? KERN_ERR： 用于報(bào)告錯(cuò)誤狀態(tài)，例如驅(qū)動(dòng)程序一般使用該宏來報(bào)告來自硬件的問題,值為3
? ? ? ? ? ? KERN_WARNING: 對可能出現(xiàn)問題的情況進(jìn)行警告，但這類情況通常不會(huì)對系統(tǒng)造成嚴(yán)重問題，值為4
? ? ? ? ? ? KERN_NOTICE： 有必要進(jìn)行提示的正常情形，許多與安全相關(guān)的狀況用這個(gè)級(jí)別進(jìn)行匯報(bào)，值為5
? ? ? ? ? ? KERN_INFO：提示性信息，值為6
? ? ? ? ? ? KERN_DEBUG： 用于調(diào)試信息，值為7
? ? ? ? ? ? 一般情況下，未指定優(yōu)先級(jí)的printk語句采用的是KERN_WARNING,這個(gè)默認(rèn)值可以在系統(tǒng)中進(jìn)行人為修改，也可以通過對
? ? ? ? ? ? 文本文件/proc/sys/kernel/printk的訪問來讀取和修改控制臺(tái)日志級(jí)別，這個(gè)文件包含了4個(gè)整數(shù)值，分別是： 當(dāng)前的日志
? ? ? ? ? ? 級(jí)別、未明確指定日志級(jí)別時(shí)的默認(rèn)消息級(jí)別、最小允許的日志級(jí)別以及引導(dǎo)時(shí)的默認(rèn)日志級(jí)別。
? ? ? ? ? ? 向該文件寫入單個(gè)數(shù)值,將會(huì)把當(dāng)前日志級(jí)別修改至該值,例如,可以簡單地輸入下面的命令使所有的內(nèi)核消息顯示到控制臺(tái)上:
? ? ? ? ? ? echo 8 > /proc/sys/kernel/printk
? ? 重定向控制臺(tái)消息：
? ? ? ? 內(nèi)核可以將消息發(fā)送到一個(gè)指定的虛擬控制臺(tái)
? ? 消息如何被記錄
? ? ? ? printk函數(shù)將消息寫到一個(gè)長度為__LOG_BUF_LEN字節(jié)的循環(huán)緩沖區(qū)中（可以在配置內(nèi)核時(shí)指定__LOG_BUG_LEN為4 KB~1MB之間的值），然后
? ? ? ? 該函數(shù)會(huì)喚醒任何正在等待消息的進(jìn)程，即那些睡眠在syslog系統(tǒng)調(diào)用上的進(jìn)程或者正在讀取/proc/kmsg的進(jìn)程。
? ? ? ? 對/proc/kmsg進(jìn)行讀操作時(shí)，日志緩沖區(qū)中被讀取的數(shù)據(jù)就不再保留，而syslog系統(tǒng)調(diào)用卻能通過選項(xiàng)返回日志數(shù)據(jù)并保留這些數(shù)據(jù)，
? ? ? ? 以便其他進(jìn)程也能使用。
? ? 開啟及關(guān)閉消息：
? ? ? ? printk調(diào)試技巧：
? ? ? ? ? ? ① 通過在宏名字中刪減或增加一個(gè)字母來啟用或者禁用每一條打印語句
? ? ? ? ? ? ② 在編譯前修改CFLAGS變量，則可以一次禁用所有消息
? ? ? ? ? ? ③ 同樣的打印語句可以在內(nèi)核代碼中也可以在用戶級(jí)代碼使用
? ? ? ? ? ? 這里記錄下內(nèi)核中定義CFLAGS的代碼：
? ? ? ? ? ? ? ? DEBFLAGS = -O -g -DSCULL_DEBUG
? ? ? ? ? ? ? ? CFLAGS += $(DEBFLAGS)? ? //這樣就可以在內(nèi)核代碼中判斷SCULL_DEBUG宏定義了
? ? 速度限制
? ? ? ? 為了避免過多的打印信息，可以使用以下方法來解決：
? ? ? ? ? ? int printk_ratelimit(void): 在打印一條可能被重復(fù)的信息之前，調(diào)用這個(gè)方法，如果返回值為非零值，則表示之前沒有打印過，否則就表示
? ? ? ? ? ? 之前已經(jīng)打印成功，我們應(yīng)當(dāng)跳過該printk，該方法通過跟蹤發(fā)送到控制臺(tái)消息數(shù)量工作，如果輸出的速度超過一個(gè)閾值，則該方法將返回零，
? ? ? ? ? ? 從而避免發(fā)送重復(fù)消息。
? ? ? ? ? ? /proc/sys/kernel/printk_ratelimit: 在重新打開消息之前應(yīng)該等待的秒數(shù)
? ? ? ? ? ? /proc/sys/kernel/printk_ratelimit_burst: 在進(jìn)行速度限制之前可以接受的消息數(shù)量
通過查詢調(diào)試
? ? printk的缺點(diǎn):
? ? ? ? 由于syslgd會(huì)一直保持對其輸出文件的同步刷新，即使可以降低console_loglevel以避免裝載控制臺(tái)設(shè)備，但大量使用prink仍然會(huì)顯著降低系統(tǒng)
? ? ? ? 性能
? ? 使用/proc文件系統(tǒng)
? ? ? ? /proc文件系統(tǒng)是一種特殊的、由軟件創(chuàng)建的文件系統(tǒng)，內(nèi)核使用它向外界導(dǎo)出信息。
? ? ? ? /proc下面的每一個(gè)文件都綁定于一個(gè)內(nèi)核函數(shù)，用戶讀取其中的文件時(shí)，該函數(shù)動(dòng)態(tài)地生成文件的內(nèi)容。
? ? ? ? 注意： 對于之后的內(nèi)核版本,內(nèi)核開發(fā)者盡量避免使用/proc導(dǎo)出信息，而選擇通過sysfs來向外界導(dǎo)出信息！
? ? 在/proc中實(shí)現(xiàn)文件
? ? ? ? 為創(chuàng)建一個(gè)只讀的/proc 文件，驅(qū)動(dòng)程序必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)read_proc函數(shù)，用于在讀取文件時(shí)生成數(shù)據(jù)。
? ? ? ? 當(dāng)某個(gè)進(jìn)程讀取這個(gè)文件時(shí)（使用read系統(tǒng)調(diào)用）,讀取請求會(huì)通過這個(gè)函數(shù)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)程序模塊，此時(shí)內(nèi)核會(huì)分配一個(gè)
? ? ? ? 內(nèi)存頁（即PAGE_SIZE字節(jié)的內(nèi)存塊），驅(qū)動(dòng)程序可以將數(shù)據(jù)通過這個(gè)內(nèi)存頁返回到用戶空間
? ? 創(chuàng)建自己的/proc文件
? ? ? ? create_proc_read_entry將read_proc函數(shù)指針關(guān)聯(lián)到/proc 節(jié)點(diǎn)，remove_proc_entry便是相應(yīng)的撤銷create_proc_read_entry所做的工作的函數(shù)。
? ? ? ? 為什么現(xiàn)在內(nèi)核不鼓勵(lì)使用/proc文件，原因主要有以下幾點(diǎn)：
? ? ? ? ① 刪除操作可能在文件正在被使用時(shí)發(fā)生
? ? ? ? ② 內(nèi)核不會(huì)檢查某個(gè)名稱是否已經(jīng)被注冊，所以如果不小心，將可能導(dǎo)致兩個(gè)或多個(gè)入口項(xiàng)具有相同的名字。
? ? seq_file接口
? ? ? ? /proc下大文件的實(shí)現(xiàn)有些笨拙，為了讓內(nèi)核開發(fā)工作更加容易，現(xiàn)增加了seq_file接口，這一接口為大的內(nèi)核虛擬文件提供了一組簡單的函數(shù)。
? ? ? ? 如果用戶的/proc文件包含大量的輸出行，則建議使用seq_file接口來實(shí)現(xiàn)該文件
通過監(jiān)視調(diào)試
? ? strace命令是一個(gè)功能非常強(qiáng)大的工具，它可以顯示由用戶空間程序所發(fā)出的所有系統(tǒng)調(diào)用。
? ? strace有許多命令行選項(xiàng)：
? ? ? ? -t 顯示調(diào)用的發(fā)生的時(shí)間
? ? ? ? -T 顯示調(diào)用所花費(fèi)的時(shí)間
? ? ? ? -e 限定被跟蹤的調(diào)用類型
? ? ? ? -o 將輸出重定向到一個(gè)文件中，默認(rèn)情況下，strace將跟蹤信息打印到stderr上
? ? strace 使用 strace ls /dev
調(diào)試系統(tǒng)故障
? ? 如果故障發(fā)生在驅(qū)動(dòng)程序中，通常會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程被終止，大多數(shù)情況下的驅(qū)動(dòng)故障都可以恢復(fù),而唯一不可恢復(fù)的損失是，此時(shí)為進(jìn)程上下文分配的一些內(nèi)存可能會(huì)丟失
oops消息
? ? 大部分的錯(cuò)誤都是因?yàn)閷ULL指針取值或因?yàn)槭褂昧似渌徽_的指針值，這些錯(cuò)誤通常會(huì)導(dǎo)致一個(gè)oops消息
? ? 由處理器使用的地址幾乎都是虛擬地址，這些地址（除了內(nèi)存管理子系統(tǒng)本身所使用的物理內(nèi)存之外）通過一個(gè)復(fù)雜的被稱為"頁表"的結(jié)構(gòu)
? ? 被映射為物理地址。當(dāng)引用一個(gè)非法指針時(shí)，分頁機(jī)制無法將改地址映射到物理地址，此時(shí)處理器就會(huì)向操作系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)"page fault"的信號(hào)，
? ? 如果地址非法，內(nèi)核就無法"page in"缺失頁面，這時(shí)如果處理器恰好處于超級(jí)用戶模式，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)oops。
系統(tǒng)掛起
? ? 如果代碼進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)，內(nèi)核就會(huì)停止調(diào)度，系統(tǒng)不會(huì)再相應(yīng)任何動(dòng)作。
? ? 通過在一些關(guān)鍵點(diǎn)插入schedule調(diào)用可以防止死循環(huán)，schedule函數(shù)會(huì)調(diào)用調(diào)度器，并因此允許其他進(jìn)程偷取當(dāng)前進(jìn)程的CPU時(shí)間。但是如何進(jìn)行插入呢？
? ? SysRq魔法鍵，具體說明這里不記錄。
調(diào)試器和相關(guān)工具
? ? 可以使用調(diào)試器來一步步地跟蹤代碼，查看變量和計(jì)算寄存器的值。
? ? 使用gdb,kgb: 這里不進(jìn)行記錄,后續(xù)使用的時(shí)候再補(bǔ)充
? ? 用戶模式的Linux虛擬機(jī)（User-Mode Linux,UML）
? ? ? ? 作為一個(gè)獨(dú)立的、可移植的Linux內(nèi)核而被創(chuàng)建，包含在子目錄arch/um中，可以理解為將一個(gè)內(nèi)核副本當(dāng)做用戶模式下的進(jìn)程。對于內(nèi)核開發(fā)
? ? ? ? 人員來說UML可以很容易地利用gdb或者其他調(diào)試器來進(jìn)行調(diào)試，所以UML理論上可以加快內(nèi)核的開發(fā)過程.但是其缺點(diǎn)也很明顯,無法進(jìn)行硬件相關(guān)
? ? ? ? 的操作.
動(dòng)態(tài)探測
? ? 可在系統(tǒng)的幾乎任何一個(gè)地方放置一個(gè)探針，既可以是用戶空間也可以是內(nèi)核空間，這個(gè)探針有一些特殊代碼組成，當(dāng)控制到達(dá)給定點(diǎn)時(shí)，這些代碼開始
? ? 執(zhí)行，這種代碼能向用戶空間匯報(bào)數(shù)據(jù)、修改寄存器，或者完成許多其他工作.
? ? 該方法有點(diǎn)兒類似與prink功能,過多的處理會(huì)拖慢整個(gè)系統(tǒng),所以慎用.
第五章 并發(fā)和競態(tài)
并發(fā)及其管理? ?
? ? 并發(fā)來源：
? ? ① 多進(jìn)程調(diào)用
? ? ② 多處理器系統(tǒng)
? ? ③ 內(nèi)核代碼是可搶占的
? ? ④ 設(shè)備中斷
? ? ⑤ 延遲代碼執(zhí)行機(jī)制（workqueue/tasklet/timer）
信號(hào)量和互斥體
? ? 休眠：
? ? ? ? 當(dāng)一個(gè)Linux進(jìn)程到達(dá)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，此時(shí)它不能進(jìn)行任何處理時(shí)，它將進(jìn)入休眠（或阻塞）狀態(tài)，這將把處理器讓給其他執(zhí)行線程直到
? ? ? ? 將來它能夠繼續(xù)完成自己的處理為止。
? ? 信號(hào)量：
? ? ? ? 一個(gè)信號(hào)量本質(zhì)上是一個(gè)整數(shù)值，它是一對函數(shù)聯(lián)合使用，這一對函數(shù)通常稱為P和V，希望進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程將在相關(guān)信號(hào)量上調(diào)用P，
? ? ? ? 如果信號(hào)量的值大于零，則該值會(huì)減小一，而進(jìn)程可以繼續(xù)，相反，如果信號(hào)量的值為零（或者更?。?，進(jìn)程必須等待直到其他人釋放
? ? ? ? 該信號(hào)量，對信號(hào)量的解鎖通過調(diào)用V完成，該函數(shù)增加信號(hào)量的值，并在必要時(shí)喚醒等待的進(jìn)程。
? ? 當(dāng)信號(hào)量用于互斥時(shí)（既避免多個(gè)進(jìn)程同時(shí)在一個(gè)臨界區(qū)中運(yùn)行），信號(hào)量的值應(yīng)初始化為1。這種信號(hào)量在任何給定時(shí)刻只能由單個(gè)進(jìn)程或線程
? ? 擁有，在這種使用模式下，一個(gè)信號(hào)量有時(shí)也稱為一個(gè)互斥體（mutex）,Linux內(nèi)核中幾乎所有的信號(hào)量運(yùn)用于互斥。
? ? Linux信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)
? ? ? ? void sema_init(struct semaphore *sem, int val): 內(nèi)核創(chuàng)建信號(hào)量
? ? 讀取者/寫入者信號(hào)量
? ? ? ? 允許多個(gè)并發(fā)的讀取者是可行的，只要它們之中沒有哪個(gè)要做修改，這樣做可以大大提高性能。
? ? ? ? Linux內(nèi)核提供了一個(gè)特殊的信號(hào)量類型： rwsem(reader/writer sempaphore, 讀取者/寫入者信號(hào)量)
? ? ? ? rwsem 初始化：void init_rwsem(struct rw_semaphore *sem)
? ? ? ? 一個(gè)rwsem 可允許一個(gè)寫入者或者無限多個(gè)讀取者擁有該信號(hào)量，寫入者具有更高的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)某個(gè)給定寫入者試圖進(jìn)如臨界區(qū)時(shí)，在所有寫入者完成其
? ? ? ? 工作之前，不會(huì)允許讀取者獲得訪問。如果有大量的寫入者競爭該信號(hào)量，則這種實(shí)現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致讀取者”餓死“，即可能會(huì)長期拒絕讀取者的訪問，為此，
? ? ? ? 最好在很少需要寫訪問者只會(huì)短期擁有信號(hào)量的時(shí)候使用rwsem.
completion
? ? completion是一種輕量級(jí)的機(jī)制，它允許一個(gè)線程告訴另一個(gè)線程某個(gè)工作已經(jīng)完成。
? ? 一個(gè)completion通常是一個(gè)單次設(shè)備（只會(huì)被使用一次然后被丟棄），但是如果沒有使用complete_all，則可以重復(fù)使用，否則就必須重新初始化才能重復(fù)
? ? 使用該completion。
自旋鎖
? ? 自旋鎖可以在不能休眠的代碼中使用，比如中斷處理例程。
? ? 一個(gè)自旋鎖是一個(gè)互斥設(shè)備，它只能有兩個(gè)值： 鎖定和解鎖，通常實(shí)現(xiàn)為某個(gè)整數(shù)值中的單個(gè)位。如果鎖可用，則鎖定位被設(shè)置，而代碼繼續(xù)進(jìn)入臨界區(qū)；
? ? 相反，如果鎖被其他部分獲得，則代碼進(jìn)入忙循環(huán)并重復(fù)檢查這個(gè)鎖，直到該鎖可用為止，這個(gè)循環(huán)就是自旋鎖的自旋部分。其中，"測試并設(shè)置單個(gè)位"的操作
? ? 必須是原子的，這樣即使有多個(gè)線程在給定時(shí)間自旋，也只有一個(gè)線程可獲得該鎖。
? ? 自旋鎖和原子上下文
? ? ? ? 如果驅(qū)動(dòng)程序A獲得了一個(gè)自旋鎖，然后在臨界區(qū)開始了它的工作，如果意外地在臨界區(qū)內(nèi)發(fā)生了休眠或者內(nèi)核強(qiáng)占，讓出了cpu，這樣就會(huì)造成其他
? ? ? ? 試圖擁有該自旋鎖的驅(qū)動(dòng)程序會(huì)一直等待直到A釋放掉自旋鎖，最壞的情況，可能會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入死鎖狀態(tài)，所以對于自旋鎖有以下規(guī)則：
? ? ? ? 自旋鎖的核心規(guī)則：
? ? ? ? ? ? ① 任何擁有自旋鎖的代碼都必須是原子的，不能進(jìn)行休眠，事實(shí)上，它不能因?yàn)槿魏卧蚍艞壧幚砥?，除了服?wù)中斷以外（某些情況下此時(shí)也
? ? ? ? ? ? 不能放棄處理器）
? ? ? ? ? ? ② 自旋鎖必須在可能的最短時(shí)間擁有，即擁有鎖的時(shí)間越短越好。原因如下：
? ? ? ? ? ? ? ? 擁有自旋鎖的時(shí)間越長，其他處理器不得不自旋以等待釋放該自旋鎖的時(shí)間就越長，而它不得不永遠(yuǎn)自旋的可能性就越大，從而阻止對當(dāng)前
? ? ? ? ? ? ? ? 處理器的調(diào)度。? ?
? ? 讀取者/寫入者自旋鎖
? ? ? ? 與信號(hào)量類似，該鎖允許任意數(shù)量的讀取者同時(shí)進(jìn)入臨界區(qū)，但寫入者必須互斥訪問。
? ? 鎖陷阱
? ? ? ? 不明確的規(guī)則
? ? ? ? 鎖的順序規(guī)則
? ? ? ? ? ? 在必須獲取多個(gè)鎖時(shí)，應(yīng)該始終以相同的順序獲得。
? ? ? ? 細(xì)粒度鎖和粗粒度鎖的對比
? ? ? ? ? ? 早期存在一個(gè)大的內(nèi)核鎖，該鎖讓整個(gè)內(nèi)核進(jìn)入一個(gè)大的臨界區(qū)，而只有一個(gè)CPU可以在任意給定時(shí)間執(zhí)行內(nèi)核代碼。但是這種大鎖機(jī)制不具有
? ? ? ? ? ? 良好的伸縮性，導(dǎo)致性能下降。
? ? ? ? ? ? 現(xiàn)在內(nèi)核中存在更加細(xì)粒度的鎖，但該機(jī)制又會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性提高。
? ? 除了鎖之外的辦法
? ? ? ? 免鎖算法
? ? ? ? ? ? 經(jīng)常用于免鎖的生產(chǎn)者/消費(fèi)者任務(wù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一是循環(huán)緩沖區(qū)。在這個(gè)算法中，一個(gè)生產(chǎn)者將數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)的結(jié)尾，而消費(fèi)者從數(shù)組的另一端
? ? ? ? ? ? 移走數(shù)據(jù)。
? ? ? ? 原子變量
? ? ? ? ? ? atomic_t : 原子的整數(shù)類型，所以的CPU對于該類型數(shù)據(jù)的處理都是原子的（可能會(huì)被編譯成單個(gè)機(jī)器指令）
? ? ? ? 位操作
? ? ? ? ? ? 原子位操作非?？欤灰讓佑布试S，這種操作就可以使用單個(gè)機(jī)器指令來執(zhí)行，并且不需要禁止中斷。
