为什么禁用中断会禁用内核抢占以及自旋锁如何禁用抢占答案

【问题标题】：Why disabling interrupts disables kernel preemption and how spin lock disables preemption为什么禁用中断会禁用内核抢占以及自旋锁如何禁用抢占
【发布时间】：2014-01-13 05:17:05
【问题描述】：

最近在看Linux Kernel Development，有几个关于禁用抢占的问题。

在第 7 章的“中断控制”部分，它说：

此外，禁用中断也会禁用内核抢占。

我还从书中读到内核抢占可能发生在以下情况：

当中断处理程序退出时，在返回内核空间之前。
当内核代码再次变得可抢占时。
如果内核中的任务显式调用 schedule()
如果内核中的任务阻塞（导致调用 schedule()）

但我无法将禁用中断与这些情况联系起来。
据我所知，自旋锁会通过 preempt_disable() 函数禁用抢占。

帖子What exactly are "spin-locks"? 说：

在单核机器上，自旋锁只是“禁用中断”或“提高 IRQL”，它完全阻止线程调度。

preempt_disable() 是否通过禁用中断来禁用抢占？

【问题讨论】：

标签： linux linux-kernel interrupt spinlock preemption

【解决方案1】：

我不是调度专家，但我想解释一下我的看法。这里有几件事。

preempt_disable() 不禁用 IRQ。它只是增加了一个thread_info->preempt_count 变量。
禁用中断也会禁用抢占，因为在此之后调度程序不再工作 - 但仅在单 CPU 机器上。在 SMP 上，这还不够，因为当您关闭一个 CPU 上的中断时，另一个/其他 CPU 仍会异步执行/执行某些操作。
大锁（意味着 - 关闭所有 CPU 上的所有中断）正在显着降低系统速度 - 所以这就是它不再使用的原因。这也是 preempt_disable() 不关闭 IRQ 的原因。

你可以看到 preempt_disable() 是什么。尝试这个： 1. 获得一个自旋锁。 2.调用schedule()

在 dmesg 中，您会看到类似“BUG：原子时调度”的内容。当调度程序检测到您的进程处于原子（非抢占式）上下文但它自行调度时，就会发生这种情况。

祝你好运。

【讨论】：

感谢您的详细解答。但是我仍然不明白为什么在单CPU机器上禁用中断后调度程序不工作。
无中断 - 无时钟。没有时钟 - 没有计时器。
如果我只禁用抢占（不禁用中断）并同时在系统中发生中断会产生什么影响，禁用中断后又会发生什么？在这种情况下，“preempt_count”变量会更有效。（研究arm中的中断处理）
@Sebastian Mountaniol：“大锁（意味着关闭所有 CPU 上的所有中断）”你能解释一下吗？大锁实际上是一把锁，尽管它是所有 LWP 的全局锁。但这并不等于禁用中断。

【解决方案2】：

在我编写的用于监视/分析任务的测试内核模块中，我尝试通过以下方式禁用中断：

1 - 使用 local_irq_save()

2 - 使用 spin_lock_irqsave()

3 - 手动 disable_irq() 到 /proc/interrupts 中的所有 IRQ

在所有 3 种情况下，我仍然可以使用 hrtimer 来测量时间，即使 IRQ 被禁用（并且我正在监视的任务也被抢占）。

我觉得这个 veeeeerrrryyyy 很奇怪......我个人期待 Sebastian Mountaniol 指出的 -> 没有中断 - 没有时钟。没有时钟 - 没有计时器...

Linux kernel 2.6.32 on a single core, single CPU... 谁能有更好的解释？

【讨论】：

我认为一些 Linux 内核定时器使用了最后一个定时器中断加上 CPU 周期定时器的技巧。所以你会得到准确的时间，直到循环计数器溢出。

【解决方案3】：

preempt_disable() 不会禁用中断。但是，它会增加抢占计数器的计数。假设您在代码路径中调用了 n 次 preempt_disable()，抢占只会在第 n 次 preempt_enable() 时启用。
禁用中断以防止抢占：不是一种安全的方法。这无疑会禁用正常的内核抢占，因为scheduler_tick() 不会在系统滴答时被调用（没有调用中断处理程序）。但是，如果程序触发了调度函数，如果preempt_disable()没有被调用，就会发生抢占。
在 linux 中，raw_spin_lock() 不会禁用可能导致死锁的本地中断。例如，如果调用中断处理程序并尝试锁定已持有的自旋锁，则除非进程本身释放它，否则它将无法锁定，这是不可能的，因为不会发生中断返回。所以，最好使用raw_spin_lock_irq()，它会禁用中断。

【讨论】：

【解决方案4】：

中断禁用会禁用某些形式的内核抢占，但内核抢占可以通过其他方式发生。因此，禁用中断并不是防止内核抢占的安全方法。

例如，在禁用中断的情况下，cond_resched() 仍会导致抢占，但如果显式禁用抢占则不会。

这就是为什么，关于你的第二个问题，自旋锁不使用中断禁用来禁用抢占。它们显式调用 preempt_disable() 来增加 preempt_count，并禁用所有可能发生抢占的方式，除非显式调用 schedule()。

【讨论】：