Linux内核中的互斥操作（2）——自旋锁

*本篇来看看多次在内核中出现的spin_lock——自旋锁，到底是个什么东西。。。→_→*

1. 内核中的spin_lock()

   • spin_lock()源代码

   static inline void spin_lock(spinlock_t *lock)//自旋锁的类型定义见下方    {    #if SPINLOCK_DEBUG        __label__ here;    here:        if (lock->magic != SPINLOCK_MAGIC) {    printk("eip: %p\n", &&here);            BUG();        }    #endif        __asm__ __volatile__(            spin_lock_string//进入宏函数spin_lock_string，传参数lock->lock            :"=m" (lock->lock) : : "memory");    }

   • 自旋锁的类型定义

   typedef struct {        volatile unsigned int lock;//不考虑调试时，自旋锁就是一个无符号整形，volatile保证编译器不进行过度优化    #if SPINLOCK_DEBUG        unsigned magic;    #endif    } spinlock_t;

   • spin_lock_string宏函数

   #define spin_lock_string \    "\n1:\t" \    "lock ; decb %0\n\t" \ //decb指令涉及读-改-写操作，所以lock总线保证该条指令的原子性，%0就是传入的参数lock->lock，decb指令将lock->lock减1，结果非负表示加锁成功，直接返回    "js 2f\n" \     ".section .text.lock,\"ax\"\n" \    "2:\t" \ //结果为负，循环测试lock->lock的值    "cmpb $0,%0\n\t" \ //将lock->lock的值与0比较    "rep;nop\n\t" \    "jle 2b\n\t" \ //当lock->lock小于等于0时，继续循环测试    "jmp 1b\n" \ //当lock->lock大于0时，跳转到标号1，获取自旋锁    ".previous"

   从代码中得知，如果lock->lock小于等于0，那么就一直循环测试其值，直到lock->lock大于0。这就相当于让CPU一直空转，做无用功，因此自旋锁应用的地方不能加锁时间太长，否则就会浪费资源。

2. 内核中的spin_unlock()

   • spin_unlock()源代码

   static inline void spin_unlock(spinlock_t *lock){#if SPINLOCK_DEBUG    if (lock->magic != SPINLOCK_MAGIC)        BUG();    if (!spin_is_locked(lock))        BUG();#endif    __asm__ __volatile__(        spin_unlock_string//调用spin_unlock_string宏函数，传参数lock->lock        :"=m" (lock->lock) : : "memory");}

   • spin_unlock_string宏函数

   #define spin_unlock_string \    "movb $1,%0" //%0就是传入的参数lock->lock，movb指令将lock->lock置为1，movb指令本身就是原子操作，所以不需要lock总线

3. 内核中的自旋锁具体应用的类型

   • 加锁操作

   #define spin_lock_irqsave(lock, flags)      do { local_irq_save(flags);       spin_lock(lock); } while (0)#define spin_lock_irq(lock)         do { local_irq_disable();         spin_lock(lock); } while (0)#define spin_lock_bh(lock)          do { local_bh_disable();          spin_lock(lock); } while (0)

   • 去锁操作

   #define spin_unlock_irqrestore(lock, flags) do { spin_unlock(lock);  local_irq_restore(flags); } while (0)#define spin_unlock_irq(lock)           do { spin_unlock(lock);  local_irq_enable();       } while (0)#define spin_unlock_bh(lock)            do { spin_unlock(lock);  local_bh_enable();        } while (0)

   • 不同操作之间的异同

   同：加锁和去锁操作中都是分为两部分，即先执行local_操作——关闭或开启本处理器上的中断响应，再执行_lock操作——防止来自其他处理器的干扰。

   异：主要区别就在于如何关闭本处理器上的中断响应

   /* For spinlocks etc */#define local_irq_save(x)   __asm__ __volatile__("pushfl ; popl %0 ; cli":"=g" (x): /* no input */ :"memory") //通过cli指令关闭中断，且将本处理器的状态标识寄存器通过push和pop操作，保存到参数x中，以便去锁时恢复。状态标志寄存器中的IF标志位反映当前中断的开关状态#define local_irq_restore(x)    __restore_flags(x) //去锁时恢复标识寄存器#define local_irq_disable() __cli() //直接将标识寄存器的IF标志位清0#define local_irq_enable()  __sti()

*码完吃饭。。。下午继续最后的read_lock和write_lock。。。→_→*