并发与同步机制面试题：自旋锁、互斥锁、信号量、RCU 使用场景与区别

面试问题：自旋锁与互斥锁在使用场景上有何区别？

考察点：是否理解忙等待 vs 睡眠等待的适用场景；能否区分中断上下文与进程上下文；是否清楚 SMP 与 UP 下的行为差异。

回答框架：先给出核心区别（是否导致睡眠）；再按临界区长度 / 上下文 / CPU 数量三个维度对比；最后用一个代码/项目例子说明选型依据。

示例回答：自旋锁忙等待，适合短临界区（<10us）且不可睡眠的中断上下文。互斥锁睡眠等待，适合长临界区、进程上下文。例如在网卡驱动 NAPI 轮询中保护描述符环用自旋锁，而块设备请求队列用互斥锁。

可能追问：① 自旋锁在单核 CPU 上会怎样？② 中断上下文使用自旋锁后如何避免死锁？③ spin_lock_irqsave 与 spin_lock 的差异。

面试问题：信号量与互斥锁能否互相替代？使用场景有何本质区别？

考察点：是否理解信号量的计数量与互斥锁的排他性；能否区分同步 vs 互斥；是否知道信号量在 Linux 内核中的演进（被 mutex 部分替代）。

回答框架：先说不可以替代；原因：互斥锁有所有者概念、支持递归/优先级继承等；信号量更轻量且可用于计数同步；最后问场景举例。

示例回答：互斥锁是排他锁，有 owner、支持 PI（优先级继承），适合保护临界区；信号量可初始化为任意计数，常用于生产者-消费者模式。例如 USB 驱动中 urb 的释放同步使用 completion 类似信号量，而块设备请求队列保护用互斥锁。

可能追问：① 为什么内核后来引入 mutex 而减少 semaphore 的使用？② 说说 down_interruptible 与 down 的区别。③ 信号量能否在中断上下文使用？

面试问题：RCU（Read-Copy-Update）适用于什么场景？与普通读写锁相比有什么优势？

考察点：是否理解 RCU 的无锁读端原理；能否说出 grace period 和宽限期；是否了解 RCU 对数据结构（如链表）的约束；能否讲出性能测试对比。

回答框架：先定义 RCU 核心：读者无需锁、写者通过延迟回收实现更新；再用读多写少场景举例；最后对比读端延迟与写端内存开销。

示例回答：RCU 适合读负载远大于写负载的场景，如路由表、文件系统 dentry 缓存。读端仅需要 rcu_read_lock，几乎无开销；写端通过 rcu_assign_pointer 和 synchronize_rcu 等待所有读者离开后回收旧版本。相比读写锁，读者性能提升 5~10 倍。

可能追问：① RCU 的 grace period 如何实现？② 为什么 RCU 不能保护通用数据结构（如链表插入中间）？③ 如何调试 RCU 死锁或宽限期堆积？