本文转载自微信公众号《编程杂技》，作者theanarkh。转载本文请联系编程杂技公众号。感觉最近在知乎看到两个问题，分享下我对内核系统调用和互斥机制实现的理解。下面是两个问题：https://www.zhihu.com/question/462048846/answer/1919407185https://www.zhihu.com/question/460985657/answer/1912146181系统调用的实现两个问题分别问在TCP/IP协议和epoll的实现中，内核是否使用了多线程。这个问题的角度很有意思。虽然内核内部使用进程/线程来实现某些功能（如pdflush线程定时回写硬盘，kswapd进程周期性回收内存，处理工作队列的线程）。但是系统调用的实现并不涉及多线程的概念。操作系统本质上是对底层资源进行管理，封装底层能力向上层提供服务。这种服务就像实现了一个排序算法，但是是否使用多线程是由上层决定的，内核本身不会在底层实现多线程排序的能力。互斥机制但是因为在多核的情况下，多个线程会在多个CPU上执行，如果多个线程同时请求内核访问同一个内核数据结构，就会造成racecondition。所以内核需要实现访问资源的互斥机制。只有这样才能保证多个CPU中只有一个会同时操作共享的数据结构。例如，自旋锁确保多个CPU中只有一个获得锁，然后操作共享数据。另外，内核还实现了原子操作，比如内核中提供的atomic原子操作，可以对整型变量进行原子操作。具体实现原理根据CPU架构不同而不同。例如i386CPU提供了Lock指令来保证同时只有一个CPU。您可以锁定总线并执行对内存的独占访问。下面是i386原子操作的实现。static__inline__voidatomic_add(inti,atomic_t*v){__asm____volatile__(LOCK"addl%1,%0"//输出到v->counter所在内存："=m"(v->counter)//%1和0%对应以下两个值，i为整数，存放在随机寄存器中，m表示从v->counter的内存中读取："ir"(i),"m"(v->counter));}如果是单核的话，非抢占式就不需要这个机制了，因为进程调度器在执行系统调用的时候不会调度其他进程去执行，保证了系统调用的原子性。如果是抢占模式，支持在执行系统调用时被抢占，那么还是需要互斥和原子机制。总之，如果存在竞争条件，则需要保证对共享数据的互斥访问。内核实现的功能虽然没有使用多线程，但通常底层是多核，上层使用多进程/多线程。因此，为了保证共享数据的互斥访问，内核需要实现一些原子操作和互斥机制。
