了解最新（3.0.0及以上）Linux内核中CONFIG_SMP、自旋锁和CONFIG_PREEMPT之间的关系

Question

为了给您提供完整的背景信息，我的讨论始于一个观察：我在ARM cortex A8 SoC上运行SMP Linux（3.0.1-rt11），这是单处理器。我很想知道禁用SMP支持是否会有任何性能优势。如果有的话，它将对我的驱动程序和中断处理程序产生什么影响。

我阅读了一些相关主题：自旋锁和内核抢占。我做了更多的谷歌搜索和阅读，但这次得到的都是过时和矛盾的答案。所以我想试试stackoverflow。

我的疑问/问题是：

a) Linux kernel默认情况下在内核空间中是可抢占的吗？如果是，这种抢占是否仅限于进程，还是中断处理程序也可以被抢占？

b) Linux内核（在ARM上）是否支持嵌套中断？如果是，每个中断处理程序（top half）是否有自己的堆栈，还是它们共享相同的4k/8k内核模式堆栈？

c) 如果我禁用SMP（CONFIG_SMP）和抢占（CONFIG_PREEMPT），那么我的驱动程序和中断处理程序中的自旋锁是否有意义？

d) 内核如何处理在执行top-half时引发的中断，即它们是否被禁用或掩码？

经过一些谷歌搜索，我发现：

对于没有编译CONFIG_SMP且没有编译CONFIG_PREEMPT的内核，自旋锁根本不存在。这是一个非常好的设计决策：当没有其他人同时运行时，没有理由使用锁。

如果内核没有编译CONFIG_SMP，但设置了CONFIG_PREEMPT，则自旋锁只是禁用了抢占，这足以防止任何竞争。对于大多数目的，我们可以认为抢占相当于SMP，不必单独担心它。

但是在源中没有内核版本或日期。有人能确认它是否仍然适用于最新的Linux内核吗？

- Satpal Parmar

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那是四个问题，所以将其分开，因为它们可能不能一起回答。 - Steve-o

Answer 1

a) Linux的抢占式取决于是否使用CONFIG_PREEMPT进行配置，没有默认设置。如果运行make config，则需要进行选择。

b) 在Linux中，中断可以嵌套；在处理中断时，其他中断可能会触发。这适用于ARM和许多其他架构。它们全部在同一个栈上。当然，用户空间堆栈不用于中断！

c) 如果禁用SMP和抢占，则代码中的自旋锁将减少为无操作（no-op），如果是常规自旋锁，则IRQ自旋锁（spin_lock_irqsave/spin_lock_irqrestore）将变成中断禁用/启用。因此，后者仍然是必需的；它们防止任务运行您的代码和中断运行您的代码之间的竞争。

d) “顶半部分”传统上指的是中断服务程序（interrupt service routines）。驱动程序的顶半部分代码由中断运行。底半部分由任务调用（读取或写入数据等）。中断处理的详情因架构而异。

在引文中提到的内容仅适用于常规自旋锁（spin_lock函数/宏），而不适用于IRQ自旋锁（spin_lock_irqsave）。在单处理器上的可抢占内核中，spin_lock仅需要禁用抢占即可，在spin_unlock之前可以阻止所有其他任务进入内核。但是，spin_lock_irqsave必须禁用中断。

引文作者最近与某个MIPS架构的Linux中断密切合作。在该特定板上，有128个可屏蔽中断线，通过两个64位字单元进行掩码处理。内核在此基础上实现了优先级方案，因此在执行给定中断的处理程序之前，通过更新这些2x64位寄存器对较低的中断进行了掩码处理。作者加入了一种修改方式，使得中断优先级可以任意设置，而不是按硬件位置，动态地通过写入/proc条目中的值。此外，作者还加入了一个技巧，其中一部分数字IRQ优先级与任务的实时优先级重叠。因此，分配给某个优先级范围的实时任务（即用户空间线程）能够在运行时隐式地抑制一定范围内的中断。这非常有用，可以防止表现不良的中断干扰重要任务（例如IDE驱动程序代码中用于紧凑型闪存的中断服务例程，由于设计不当的硬件接口而执行繁忙循环，导致闪存写入成为系统中事实上的最高优先级活动）。因此，如果您控制客户使用的内核，则IRQ屏蔽行为不是固定的。

- Kaz