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中断线程化与自旋锁替换：实时内核锁竞争排查实战

共计 30 章节

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实时内核面临的锁竞争挑战 · 中断线程化与自旋锁替换的动机与目标

课程导论实时内核面临的锁…

中断上下文与进程上下文

中断处理程序的特点 · 中断上下文限制 · 为什么中断中不能睡眠

断上下文进程上下文

自旋锁原理

自旋锁的忙等待机制 · 自旋锁在SMP与UP下的行为差异 · 自旋锁的变种

自旋锁原理自旋锁的忙等待机…

自旋锁的代价

自旋锁导致的CPU空转 · 优先级反转 · 死锁风险

自旋锁的代价CPU

中断线程化概念

将中断处理程序下半部移至内核线程 · 允许睡眠与调度

断线程化概念断处理程序下半部…

中断线程化实现机制

request_threaded_i… · handler与thread_fn的… · 中断线程的优先级

断线程化实现机制request

中断线程化与实时性

减少关中断时间 · 降低硬实时任务延迟 · 提高系统可调度性

断线程化实时性

自旋锁替换为互斥锁

在可睡眠上下文中使用mutex代替s… · 避免忙等待

自旋锁替换为互斥…mutex

锁替换的适用场景

哪些临界区可以替换 · 哪些必须保留自旋锁（如中断上下文）

锁替换的适用场景哪些临界区可以替…

锁替换的注意事项

锁嵌套 · 锁顺序 · 锁持有时间

锁替换的注意事项锁嵌套

锁竞争排查工具

perf lock · lockdep · ftrace

锁竞争排查工具perf

lockdep死锁检测

lockdep原理 · 锁类与锁依赖图 · 如何解读lockdep报告

lockdep死锁检测

perf lock分析

perf lock record/r… · 锁竞争热点识别 · 锁持有时间统计

ftrace追踪锁事件

trace_printk · function_graph追踪锁函…

ftrace追踪锁事件

实战案例一

网络驱动中断线程化改造 · 将NAPI软中断线程化

实战案例一网络驱动

实战案例二

块设备层自旋锁替换为互斥锁 · 减少IO路径的CPU空转

实战案例二块设备层自旋锁替…

实战案例三

USB子系统中断线程化 · 解决USB热插拔导致的锁竞争

实战案例三USB

实战案例四

实时任务调度器锁优化 · 替换调度域中的自旋锁

实战案例四实时任务调度器锁…

实战案例五

音频驱动中断线程化 · 降低音频中断延迟抖动

实战案例五音频驱动

锁竞争性能基准测试

使用cyclictest · hackbench · schbench评估优化效果

锁竞争性能基准测…cyclictest

PREEMPT_RT内核

PREEMPT_RT补丁集对中断线程…

PREEMPT_RT下的自旋锁语义

spinlock_t变为可睡眠锁 · raw_spinlock_t保留原始…

中断线程化在PREEMPT_RT中的默认行为

所有中断强制线程化 · force_irqthreads参数

锁替换的自动化工具

Coccinelle脚本 · sparse静态分析 · checkpatch警告

锁替换的自动化工…Coccinelle

锁竞争排查方法论

从现象到根因 · 系统化定位锁瓶颈的步骤

锁竞争排查方法论从现象到根因

锁竞争与CPU利用率

如何区分锁竞争导致的CPU高占用与正…

多核扩展性

锁竞争对SMP扩展性的影响 · Amdahl定律在锁优化中的应用

多核扩展性SMP

实时内核设计哲学

确定性 · 低延迟 · 可预测性

实时内核设计哲学确定性

中断线程化与锁替换的最佳实践 · 常见陷阱与规避策略

课程总结断线程化

展望与进阶

用户态中断 · io_uring · BPF在锁竞争排查中的新趋势

进阶用户态