Linux的同步机制从2.0到2.6以来不断发展完善。从最初的原子操作，到后来的信号量，从大内核锁到今天的自旋锁。这些同步机制的发展伴随Linux从单处理器到对称多处理器的过渡。

伴随着从非抢占内核到抢占内核的过度。Linux的锁机制越来越有效，也越来越复杂。

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1）Linux的内核锁主要是自旋锁和信号量。

自旋锁最多只能被一个可执行线程持有，如果一个执行线程试图请求一个已被争用（已经被持有）的自旋锁，那么这个线程就会一直进行忙循环——旋转——等待锁重新可用。要是锁未被争用，请求它的执行线程便能立刻得到它并且继续进行。自旋锁可以在任何时刻防止多于一个的执行线程同时进入临界区。

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。

信号量的睡眠特性，使得信号量适用于锁会被长时间持有的情况；只能在进程上下文中使用，因为中断上下文中是不能被调度的；另外当代码持有信号量时，不可以再持有自旋锁。

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，另外一些同步机制，包括大内核锁、读写锁、大读者锁、RCU （Read-Copy Update，顾名思义就是读-拷贝修改），和顺序锁。

2） Linux中的用户模式和内核模式是什么含意？

MS-DOS等操作系统在单一的CPU模式下运行，但是一些类Unix的操作系统则使用了双模式，可以有效地实现时间共享。在Linux机器上，CPU要么处于受信任的内核模式，要么处于受限制的用户模式。除了内核本身处于内核模式以外，所有的用户进程都运行在用户模式之中。

在2.4和更早的内核中，仅仅用户模式的进程可以被上下文切换出局，由其他进程抢占。除非发生以下两种情况，否则内核模式代码可以一直独占CPU：

• （1） 它自愿放弃CPU；
• （2） 发生中断或异常。

2.6内核引入了内核抢占，大多数内核模式的代码也可以被抢占。

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3） 怎样申请大块内核内存？

在Linux内核环境下，申请大块内存的成功率随着系统运行时间的增加而减少，虽然可以通过vmalloc系列调用申请物理不连续但虚拟地址连续的内存，但毕竟其使用效率不高且在32位系统上vmalloc的内存地址空间有限。所以，一般的建议是在系统启动阶段申请大块内存，但是其成功的概率也只是比较高而已，而不是100%。如果程序真的比较在意这个申请的成功与否，只能退用“启动内存”（Boot Memory）。

下面就是申请并导出启动内存的一段示例代码：

void* x_bootmem = NULL;
EXPORT_SYMBOL（x_bootmem）;
unsigned long x_bootmem_size = 0;
EXPORT_SYMBOL（x_bootmem_size）;
staTIc int __init x_bootmem_setup（char *str）
{
x_bootmem_size = memparse（str， &str）;
x_bootmem = alloc_bootmem（x_bootmem_size）;
printk（“Reserved %lu bytes from %p for x\n”， x_bootmem_size， x_bootmem）;
return 1;
}
__setup（“x-bootmem=”， x_bootmem_setup）;

可见其应用还是比较简单的，不过利弊总是共生的，它不可避免也有其自身的限制：

• 内存申请代码只能连接进内核，不能在模块中使用。
• 被申请的内存不会被页分配器和slab分配器所使用和统计，也就是说它处于系统的可见内存之外，即使在将来的某个地方你释放了它。
• 一般用户只会申请一大块内存，如果需要在其上实现复杂的内存管理则需要自己实现。
• 在不允许内存分配失败的场合，通过启动内存预留内存空间将是我们唯一的选择。

4） 用户进程间通信主要哪几种方式？

• （1）管道（Pipe）：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，允许一个进程和另一个与它有共同祖先的进程之间进行通信。
• （2）命名管道（named pipe）：命名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。命名管道在文件系统中有对应的文件名。命名管道通过命令mkfifo或系统调用mkfifo来创建。
• （3）信号（Signal）：信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigacTIon（实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用sigacTIon函数重新实现了signal函数）。
• （4）消息（Message）队列：消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺
• （5）共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。
• （6）信号量（semaphore）：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。
• （7）套接字（Socket）：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但现在一般可以移植到其它类Unix系统上：Linux和System V的变种都支持套接字。

5） 通过伙伴系统申请内核内存的函数有哪些？

在物理页面管理上实现了基于区的伙伴系统（zone based buddy system）。对不同区的内存使用单独的伙伴系统（buddy system）管理，而且独立地监控空闲页。相应接口alloc_pages（gfp_mask， order），_ _get_free_pages（gfp_mask， order）等。

6. Linux 虚拟文件系统的关键数据结构有哪些?(至少写出四个)

struct super_block,struct inode,struct file,struct dentry;

7. 对文件或设备的操作函数保存在那个数据结构中?

struct file_operations

8. Linux 中的文件包括哪些?

执行文件,普通文件,目录文件,链接文件和设备文件,管道文件。

9).创建进程的系统调用有那些?

clone(),fork(),vfork();系统调用服务例程:sys_clone,sys_fork,sys_vfork;

10. 调用 schedule()进行进程切换的方式有几种?

1.系统调用 do_fork();

2.定时中断 do_timer();

3.唤醒进程 wake_up_process

4.改变进程的调度策略 setscheduler();

5.系统调用礼让 sys_sched_yield();

11.Linux 调度程序是根据进程的动态优先级还是静态优先级来调度进程的?

Liunx 调度程序是根据根据进程的动态优先级来调度进程的,但是动态优先级又是根据静态优先级根据算法计算出来的,两者是两个相关联的值。因为高优先级的进程总是比低优先级的进程先被调度,为防止多个高优先级的进程占用 CPU 资源,导致其他进程不能占有 CPU,所以引用动态优先级概念

12.进程调度的核心数据结构是哪个?

struct runqueue

13.如何加载、卸载一个模块?

insmod 加载,rmmod 卸载

14. 模块和应用程序分别运行在什么空间?

模块运行在内核空间,应用程序运行在用户空间

15. Linux 中的浮点运算由应用程序实现还是内核实现?

应用程序实现,Linux 中的浮点运算是利用数学库函数实现的,库函数能够被应用程序链接后调用,不能被内核链接调用。这些运算是在应用程序中运行的,然后再把结果反馈给系统。Linux 内核如果一定要进行浮点运算,需要在建立内核时选上 math-emu,使用软件模拟计算浮点运算,据说这样做的代价有两个:用户在安装驱动时需要重建内核,可能会影响到其他的应用程序,使得这些应用程序在做浮点运算的时候也使用 math-emu,大大的降低了效率。

16. 模块程序能否使用可链接的库函数?

模块程序运行在内核空间,不能链接库函数。

17.TLB 中缓存的是什么内容?

TLB,页表缓存,当线性地址被第一次转换成物理地址的时候,将线性地址和物理地址的对应放到 TLB 中,用于下次访问这个线性地址时,加快转换速度。

18. Linux 中有哪几种设备?

字符设备和块设备。网卡是例外,他不直接与设备文件对应,mknod 系统调用用来创建设备文件。

19. 字符设备驱动程序的关键数据结构是哪个?

字符设备描述符 struct cdev,cdev_alloc()用于动态的分配 cdev 描述符,cdev_add()用于注册一个 cdev 描述符,cdev 包含一个 struct kobject 类型的数据结构它是核心的数据结构

20. 设备驱动程序包括哪些功能函数?

open(),read(),write(),llseek(),realse();

21. 如何唯一标识一个设备?

Linux 使用一个设备编号来唯一的标示一个设备,设备编号分为:主设备号和次设备号,一般主设备号标示设备对应的驱动程序,次设备号对应设备文件指向的设备,在内核中使用 dev_t 来表示设备编号,一般它是 32 位长度,其中 12 位用于表示主设备号,20 位用于表示次设备号,利用 MKDEV(int major,int minor);用于生成一个 dev_t 类型的对象。

22. Linux 通过什么方式实现系统调用?

软件中断实现的,首先,用户程序为系统调用设置参数,其中一个编号是系统调用编号,参数设置完成后,程序执行系统调用指令,x86 上的软中断是有 int 产生的,这个指令会导致一个异常,产生一个事件,这个事件会导致处理器跳转到内核态并跳转到一个新的地址。并开始处理那里的异常处理程序,此时的异常处理就是系统调用程序。

23. Linux 软中断和工作队列的作用是什么?

Linux 中的软中断和工作队列是中断处理。

1.软中断一般是“可延迟函数”的总称,它不能睡眠,不能阻塞,它处于中断上下文,不能进城切换,软中断不能被自己打断,只能被硬件中断打断(上半部),可以并发的运行在多个 CPU 上。所以软中断必须设计成可重入的函数,因此也需要自旋锁来保护其数据结构。

2.工作队列中的函数处在进程上下文中,它可以睡眠,也能被阻塞,能够在不同的进程间切换。已完成不同的工作。可延迟函数和工作队列都不能访问用户的进程空间,可延时函数在执行时不可能有任何正在运行的进程,工作队列的函数有内核进程执行,他不能访问用户空间地址。

24） TLB中缓存的是什么内容？

25） Linux中有哪几种设备？

26） 字符设备驱动程序的关键数据结构是哪个？

27） 设备驱动程序包括哪些功能函数？

28） 如何唯一标识一个设备？

29） Linux通过什么方式实现系统调用？

30） Linux软中断和工作队列的作用是什么？