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Linux内核并发同步设计与竞态故障排查

共计 30 章节

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并发与并行的区别 · 竞态条件定义 · 内核并发源分析（中断

并发基础并发

原子整型操作API · 原子位操作API · 内存屏障与顺序保证

原子操作API

自旋锁原理

自旋锁数据结构 · 自旋锁的忙等待机制 · 自旋锁的变体（raw_spinloc…

自旋锁原理自旋锁数据结构

spin_lock/spin_unl… · spin_lock_irq/spin… · spin_lock_bh/spin_…

自旋锁使用场景

保护临界区 · 中断上下文中的锁使用 · 与下半部（tasklet/workq…

自旋锁使用场景保护临界区

自旋锁陷阱

死锁场景分析（递归加锁 · ABBA锁） · 自旋锁持有时间过长

自旋锁陷阱死锁场景分析

互斥体基础

互斥体数据结构（struct mut… · 互斥体与信号量的区别 · 互斥体的睡眠等待机制

互斥体基础struct

mutex_lock/mutex_u… · mutex_lock_interru… · mutex_trylock

互斥体使用场景

进程上下文中的互斥 · 保护复杂数据结构 · 与等待队列的结合使用

互斥体使用场景进程上下文

互斥体陷阱

死锁检测（lockdep） · 互斥体递归加锁错误 · 中断上下文中使用互斥体导致休眠

互斥体陷阱lockdep

rwlock_t与读写自旋锁 · 读写信号量 · 读写锁的适用场景与性能分析

读写锁rwlock

RCU基本原理（读端无锁 · 写端延迟回收） · rcu_read_lock/rcu_…

顺序锁（seqlock）

seqlock_t数据结构 · 写者优先机制 · 适用于读多写少且写者不频繁的场景

seqlock顺序锁

完成量（completion）

completion数据结构 · wait_for_completio… · 内核线程同步

completion完成量

per-CPU变量声明与访问 · 避免缓存行 bouncing · per-CPU变量与抢占的关系

Lockdep死锁检测

Lockdep工作原理 · 锁类与锁依赖链 · lockdep报告解读与调试

Lockdep死锁检测

KCSAN数据竞争检测

KCSAN原理（基于TSAN） · KCSAN编译与启用 · 数据竞争报告分析

KCSAN数据竞争检测

KASAN内存错误检测

KASAN原理（影子内存） · KASAN与并发问题的关联 · 典型内存越界与UAF调试

KASAN内存错误检测

内核调试配置

CONFIG_DEBUG_ATOMI… · CONFIG_PROVE_LOCKI… · CONFIG_DEBUG_SPINL…

内核调试配置CONFIG

ftrace与锁跟踪

ftrace事件跟踪（lock · trace-cmd使用 · 锁持有时间分析

ftrace锁跟踪

kgdb与锁调试

kgdb环境搭建 · 在锁死锁时使用kgdb查看调用栈 · 手动解锁与恢复

竞态条件复现技术

使用CPU亲和性绑定 · 使用stress工具制造高并发 · 使用内核模块注入延迟

竞态条件复现技术CPU

自旋锁死锁——ABBA锁问题复现 · 使用lockdep定位 · 修复与验证

实战案例1ABBA

互斥体在中断上下文使用——导致内核崩… · 使用CONFIG_DEBUG_ATO… · 修复

实战案例2互斥体

读写锁与RCU误用——读端长时间持有… · 优化为RCU

实战案例3RCU

Per-CPU变量与抢占——抢占导致… · 使用preempt_disable修…

实战案例4Per-CPU

KCSAN检测数据竞争——共享变量无… · 使用原子操作或锁修复

实战案例5KCSAN

自旋锁与互斥体选择策略 · 锁粒度细化（大锁拆小锁） · 无锁数据结构（RCU

性能优化自旋锁

内核锁编程规范

Linux内核编码风格（Docume… · 锁注释与文档 · 代码审查要点

内核锁编程规范Linux

并发调试思维导图 · 常见竞态模式总结 · 推荐阅读与后续学习路径

课程总结并发调试思维导图