Realtek r8169驱动无抢占保护场景下内核临界代码及中断抢占规则问询

什么是内核驱动中的临界代码 #

临界代码指的是访问共享资源的代码段，执行过程中如果被其他同样访问该共享资源的上下文打断，会出现竞态、数据不一致、内存损坏甚至系统崩溃。只有当代码段存在并发访问共享资源的风险时，才需要做加锁、关抢占之类的保护，并非所有内核代码都需要额外的抢占保护。

中断上下文的抢占规则 #

• 普通中断上半部处理函数执行时，内核默认关闭了本地CPU的中断，同时默认禁止抢占，不需要驱动手动调用preempt_disable。
• NAPI的poll函数运行在NET_RX_SOFTIRQ软中断上下文，软中断执行期间内核默认也是禁止抢占的，同样不需要驱动手动关抢占。
• 只有允许抢占的上下文（比如常规进程上下文）访问共享资源时，才需要根据场景手动做抢占保护。

结合r8169驱动代码的说明 #

你贴出的两段代码都不需要额外关抢占，原因如下：

• 第一段分配DMA页的代码，使用GFP_KERNEL标记分配内存，该标记允许分配过程睡眠，说明这段代码运行在进程上下文（一般是网卡初始化、接口启动的流程中）。这段代码操作的是网卡设备私有的接收缓冲区资源，只要资源本身已经通过网卡对应的锁（如RX队列锁）保护，就不需要额外关抢占。

  struct page *data;
  
  data = alloc_pages_node(node, GFP_KERNEL, get_order(R8169_RX_BUF_SIZE));
  if (!data)
      return NULL;
  
  mapping = dma_map_page(d, data, 0, R8169_RX_BUF_SIZE, DMA_FROM_DEVICE);
  ...
  

• 第二段DMA同步的代码运行在NAPI poll的软中断上下文，该上下文本身默认禁止抢占。而且NAPI实例调度时已经和CPU做了绑定，同一个网卡的RX队列同一时间只会在一个CPU上处理，不存在多个上下文并发访问当前DMA缓冲区的问题，自然不需要额外保护。

  dma_sync_single_for_cpu(d, addr, pkt_size, DMA_FROM_DEVICE);
  
  ....
  dma_sync_single_for_device(d, addr, pkt_size, DMA_FROM_DEVICE);
  

• 你提到代码中没有出现get_cpu、信号量等调用，是因为NAPI框架本身已经保证了同一个RX队列的poll操作是串行执行的，没有并发竞态，不需要驱动额外做保护。

内核通用抢占规则总结 #

• 进程上下文：默认允许抢占，访问共享资源时根据场景选择自旋锁（持有期间自动关抢占）、互斥锁、手动关抢占等保护手段。
• 软中断/tasklet上下文：默认禁止抢占，同一类软中断可以在多个CPU上同时运行，跨CPU共享的资源仍需要加自旋锁保护。
• 中断上半部上下文：默认关闭本地中断+禁止抢占，跨CPU共享的资源需要加自旋锁保护。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user786