Linux内核同步机制的自旋锁原理

　　一、自旋锁

　　自旋锁是专为防止多处理器并发而引入的一种锁，它在内核中大量应用于中断处理等部分(对于单处理器来说，防止中断处理中的并发可简单采用关闭中断的方式，即在标志寄存器中关闭/打开中断标志位，不需要自旋锁)。

　　自旋就是自己连续的循环等待。如果你有抱着你的爱人旋转的经历，那么你应该知道一件事情，为了安全，你不能旋转太久，你的爱人如果头昏，也想你早日释放。是的，自旋的缺点，就是它频繁的循环直到等待锁的释放，将它用于可以快速完成的代码中才好。

　　自旋不能抢占，但能中断。

　　相关话题：SMP和cpu。多个cpu和单个cpu。很多书说自旋锁只能在多处理机中使用，这是不正确的。

　　首先定义

　　Spinlock_t lock;

　　对不起，我只能找到ARM平台的锁了

　　/*

　　* ARMv6 Spin-locking.

　　*

　　* We (exclusively) read the old value, and decrement it.  If it

　　* hits zero, we may have won the lock, so we try (exclusively)

　　* storing it.

　　*

　　* Unlocked value: 0

　　* Locked value: 1

　　*/

　　typedef struct {

　　volatile unsigned int lock;

　　#ifdef CONFIG_PREEMPT

　　unsigned int break_lock;

　　#endif

　　} spinlock_t;

　　补上x86平台

　　#define SPINLOCK_MAGIC 0x1D244B3C

　　typedef struct {

　　unsigned long magic;

　　volatile unsigned long lock;

　　volatile unsigned int babble;

　　const char *module;    // 所属模块

　　char *owner;

　　int oline;

　　} spinlock_t;

　　Lock为0时可以用，1是等待。0像锁孔，当没有钥匙插进去时，它才可以插进去

　　怎么初始化呢？

　　#define spin_lock_init(x)

　　do {

　　(x)->magic = SPINLOCK_MAGIC;

　　(x)->lock = 0;                ；0初始化，表示可用

　　(x)->babble = 5;

　　(x)->module = __FILE__;

　　(x)->owner = NULL;

　　(x)->oline = 0;

　　} while (0)

　　定义一个自旋锁的方法很有意思，

　　Spinlock_t lock=？？？？？

　　可以通过spin_lock

　　Spin_lock_irqsave 来调用自旋锁，后者不允许中断。前者有可能在上锁中发生中断。

　　还有spin_trylock 这是一个绝不妥协的函数，它不等待。

　　恢复为spin_unlock

　　Spin_unlock_irqrestore

　　考查下面代码

　　#define spin_lock_irqsave(lock, flags) _spin_lock_irqsave(lock, flags)

　　#define _spin_lock_irqsave(lock, flags)

　　do {

　　local_irq_save(flags);       保存中断请求标志

　　preempt_disable();          不允许抢占

　　_raw_spin_lock(lock);

　　__acquire(lock);

　　} while (0)

　　二、自旋锁综合使用

　　下面是一个使用的例子，你可以使用source insight查到它

　　/* never called when PTRS_PER_PMD > 1 */

　　void pgd_dtor(void *pgd, kmem_cache_t *cache, unsigned long unused)

　　{

　　unsigned long flags; /* can be called from interrupt context */

　　spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);  枷锁

　　pgd_list_del(pgd);

　　spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags); 释放

　　}

　　中断枷锁

　　#define spin_lock_irqsave(lock, flags) _spin_lock_irqsave(lock, flags)

　　分析

　　unsigned long __lockfunc _spin_lock_irqsave(spinlock_t *lock)

　　{

　　unsigned long flags;

　　local_irq_save(flags); 将寄存器存入flags，并关中断

　　preempt_disable();   抢占锁

　　_raw_spin_lock_flags(lock, flags);  枷锁

　　return flags;

　　}

　　EXPORT_SYMBOL(_spin_lock_irqsave);

　　继续

　　/* For spinlocks etc */

　　#define local_irq_save(x) __asm__ __volatile__("pushfl ; popl %0 ; cli":"=g" (x): /* no input */ :"memory")

　　将标志寄存器的内容放在内存x中。请查看gcc汇编

　　继续

　　static inline void _raw_spin_lock_flags (spinlock_t *lock, unsigned long flags)

　　{

　　#ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK

　　if (unlikely(lock->magic != SPINLOCK_MAGIC)) {

　　printk("eip: %p ", __builtin_return_address(0));

　　BUG();

　　}

　　#endif

　　__asm__ __volatile__(

　　spin_lock_string_flags

　　:"=m" (lock->slock) : "r" (flags) : "memory");

　　}

　　继续

　　#define spin_lock_string_flags

　　" 1: "

　　"lock ; decb %0 "    ；lock总线锁住，原子操作

　　"jns 4f "

　　"2: "

　　"testl $0x200, %1 "

　　"jz 3f "

　　"sti "

　　"3: "

　　"rep;nop "

　　"cmpb $0, %0 "

　　"jle 3b "

　　"cli "

　　"jmp 1b "

　　"4: "

　　理解一下大概意思，就可以了。当lock-1后大于等于0就可以关中断继续执行了，否则nop空操作。Nop期间，cpu可以执行其他任务的代码。

　　解锁

　　#define spin_unlock_irqrestore(lock, flags) _spin_unlock_irqrestore(lock, flags)

　　void __lockfunc _spin_unlock_irqrestore(spinlock_t *lock, unsigned long flags)

　　{

　　_raw_spin_unlock(lock);

　　local_irq_restore(flags);

　　preempt_enable();

　　}

　　static inline void _raw_spin_unlock(spinlock_t *lock)

　　{

　　#ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK

　　BUG_ON(lock->magic != SPINLOCK_MAGIC);

　　BUG_ON(!spin_is_locked(lock));

　　#endif

　　__asm__ __volatile__(

　　spin_unlock_string

　　);

　　}

　　Raw赤裸的解锁，表示沉的解锁原理。

　　#define spin_unlock_string

　　"xchgb %b0, %1"

　　:"=q" (oldval), "=m" (lock->slock)

　　:"0" (oldval) : "memory"

　　加1.解锁