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。。。→_→*

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。

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

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。。。→_→*

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