• 实现内核同步的意义是什么？
  目前内核支持SMP，所以共享资源一定要防止并发访问，如果多个执行线程同时访问和操作数据，就可能发生各线程之间相互覆盖共享数据情况，造成被访问数据处于不一致状态，因此我们要了解Linux内核如何解决同步问题和防止产生竞争条件。

1、临界区和竞争条件

• 什么是临界区？
  访问和操作共享数据的代码段。
• 什么是竞争条件？
  多个执行线程处于同一个临界区。
• 什么是执行线程
  指任何正在执行的代码实例。比如，一个在内核执行的进程、一个中断处理程序或一个内核线程等…
• 什么是同步？
  安排进程/线程执行的先后顺序
• 同步的目的是什么？
  避免并发和防止竞争条件

2、 加锁

• 关于锁的基本认识？
  • 为了防止竞争条件，我们需要能确保一次有且仅有一个线程对数据结构进行操作，或者当另一个线程在对临界区标记时，就禁止（锁定）其他的访问。
  • 我们可以利用锁机制（在其他很多地方都用到这种机制，比如数据库，只要是访问数据都可能用到）。
  • 锁的使用是非强制的，程序员自愿的，但是最好在对共享数据访问时使用锁。
  • 锁采用原子操作实现，即不会被打断。
• 内核中造成并发执行的原因是什么？
  • 中断：几乎在任何时刻异步发生，打断当前代码
  • 软中断和tasklet：内核能在任何时刻唤醒和调度软中断和tasklet
  • 内核抢占：内核具有抢占性，内核中的任务可能会被另一个任务抢占
  • 睡眠及与用户空间同步：内核执行的进程可能休眠，这会唤醒调度程序，导致调度一个新的用户进程执行
  • SMP：多处理器同时执行代码
• 有哪些安全代码？
  • 中断安全代码（interrupt-safe）：在中断处理程序中能避免并发访问的代码。
  • SMP安全代码（SMP-safe）：在对称多处理器中能避免并发访问的代码。
  • 抢占安全代码（preempt-safe）：在内核抢占时能避免并发访问的代码。
• 在编写内核代码时，如何辨别需要被保护的数据？
  • 此数据是不是全局，其他线程能不能访问？
  • 此数据会在进程上下文中、中断上下文中共享吗？会在两个不同的中断处理程序中共享？
  • 进程在访问时此数据时可不可能被抢占，被调度的新进程会不会访问此数据？
  • 当前进程会不会阻塞在此数据上，会让此数据处于何种状态？
  • 怎样防止数据失控？
  • 此函数在另一个处理器上被调度会发生什么？
• 处理并发的配置选项
  • Linux内核可在编译时配置，所以可以针对指定机器进行裁剪。
  • CONFIG_SMP选项控制内核是否支持SMP， 很多加锁问题在单处理器上不存在，可以避免自旋锁的开销。
  • CONFIG_PREEMPT运行内核抢占的配置选项。

3、死锁

• 产生死锁的原因是什么？
  有一个或多个执行线程和一个或多个资源，每个线程都在等待其中的一个资源，但所有资源都已经被占用了。所有线程都在相互等待，但它们永远不释放资源。
• 举个简单的例子？
  • 自死锁：一个执行线程试图去获取自己已持有的锁，最终的结果就是死锁。
    
  • ABBA死锁
    
• 避免死锁的方法是什么？
  • 按顺序加锁——使用嵌套锁时保证以相同顺序获取锁。（当然，释放的时候最好以相反的顺序操作）
  • 防止饥饿发生——假设本代码不会结束，加跳出的代码。
  • 不重复请求同一锁
  • 设计越简单越好——加锁越复杂，死锁越容易出现

4、争用和扩展性

• 锁的争用
  当锁被占用时，有其他线程试图获得该锁。
• 加锁粒度
  用来描述加锁保护的数据规模（小到数据元素，大到内核所有的数据结构）
• 扩展性
  对系统可扩展程度的一个量度。理想情况下，处理器的数量加倍应该会使系统处理性能翻倍。而实际上，这是不可能达到的。
• 三者直接的联系？
  • 当锁争用严重时，加锁太粗会降低可扩展性；
  • 当锁争用不明显时，加锁过细会加大系统无谓的开销。