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Linux内核同步机制-自旋锁
  
文章编号：
100719152554
 文章分类： 单片机 ＞ ARM
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关 键 词： Linux,同步,自旋锁
文章来源：
互联网
摘 要：
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。

一、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

 
  1. Spinlock_t lock;   

对不起，我只能找到arm平台的锁了

 
  1. /*  
  2. * ARMv6 Spin-locking.  
  3. *  
  4. * We (exclusively) read the old value, and decrement it.  If it  
  5. * hits zero, we may have won the lock, so we try (exclusively)  
  6. * storing it.  
  7. *  
  8. * Unlocked value: 0  
  9. * Locked value: 1  
  10. */  
  11. typedef struct {   
  12.     volatile unsigned int lock;   
  13. #ifdef CONFIG_PREEMPT   
  14.     unsigned int break_lock;   
  15. #endif   
  16. } spinlock_t;   

补上x86平台

 
  1. #define SPINLOCK_MAGIC 0x1D244B3C   
  2. typedef struct {   
  3.     unsigned long magic;   
  4.     volatile unsigned long lock;   
  5.     volatile unsigned int babble;   
  6.     const char *module;    // 所属模块   
  7.     char *owner;   
  8.     int oline;   
  9. } 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？

 
  1. #define spin_lock_init(x)    
  2. do {    
  3.     (x)->magic = SPINLOCK_MAGIC;    
  4.     (x)->lock = 0;                ；0初始化，表示可用   
  5.         (x)->babble = 5;    
  6.     (x)->module = __FILE__;          
  7.     (x)->owner = NULL;    
  8.     (x)->oline = 0;    
  9. } while (0)   

定义一个自旋锁的方法很有意思，
 

 
  1. 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
 

 
  1. #define spin_lock_irqsave(lock, flags) _spin_lock_irqsave(lock, flags)   
  2. #define _spin_lock_irqsave(lock, flags)    
  3. do {    
  4.         local_irq_save(flags);       保存中断请求标志   
  5.         preempt_disable();          不允许抢占   
  6.         _raw_spin_lock(lock);    
  7.         __acquire(lock);    
  8.     } 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

 
  1. /* never called when PTRS_PER_PMD > 1 */  
  2. void pgd_dtor(void *pgd, kmem_cache_t *cache, unsigned long unused)   
  3. {   
  4.     unsigned long flags; /* can be called from interrupt context */  
  5.        
  6.     spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);  //枷锁   
  7.     pgd_list_del(pgd);   
  8.     spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags); //释放   
  9. }   

中断枷锁

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

分析

 
  1. unsigned long __lockfunc _spin_lock_irqsave(spinlock_t *lock)   
  2. {   
  3.     unsigned long flags;   
  4.        
  5.     local_irq_save(flags);  //将寄存器存入flags，并关中断   
  6.     preempt_disable();  //抢占锁   
  7.     _raw_spin_lock_flags(lock, flags);  //枷锁   
  8.     return flags;   
  9. }   
  10. EXPORT_SYMBOL(_spin_lock_irqsave);   
  11.   

继续

 
  1. /* For spinlocks etc */  
  2. #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
 

 
  1. static inline void _raw_spin_lock_flags (spinlock_t *lock, unsigned long flags)   
  2. {   
  3. #ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK   
  4.     if (unlikely(lock->magic != SPINLOCK_MAGIC)) {   
  5.         printk("eip: %p ", __builtin_return_address(0));   
  6.         BUG();   
  7.     }   
  8. #endif   
  9.     __asm__ __volatile__(   
  10.         spin_lock_string_flags   
  11.         :"=m" (lock->slock) : "r" (flags) : "memory");   
  12. }   

继续

 
  1. #define spin_lock_string_flags    
  2.  " 1: "    
  3.  "lock ; decb %0 "    ；lock总线锁住，原子操作   
  4.  "jns 4f "    
  5.  "2: "    
  6.  "testl $0x200, %1 "    
  7.  "jz 3f "    
  8.  "sti "    
  9.  "3: "    
  10.  "rep;nop "    
  11.  "cmpb $0, %0 "    
  12.  "jle 3b "    
  13.  "cli "    
  14.  "jmp 1b "    
  15.  "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

 
  1. #define spin_unlock_irqrestore(lock, flags) _spin_unlock_irqrestore(lock, flags)   
  2. void __lockfunc _spin_unlock_irqrestore(spinlock_t *lock, unsigned long flags)   
  3. {   
  4.     _raw_spin_unlock(lock);   
  5.     local_irq_restore(flags);   
  6.     preempt_enable();   
  7. }   
  8.   
  9. static inline void _raw_spin_unlock(spinlock_t *lock)   
  10. {   
  11. #ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK   
  12.     BUG_ON(lock->magic != SPINLOCK_MAGIC);   
  13.     BUG_ON(!spin_is_locked(lock));   
  14. #endif   
  15.     __asm__ __volatile__(   
  16.         spin_unlock_string   
  17.         );   
  18. }   

Raw赤裸的解锁，表示最低沉的解锁原理。

 
  1. #define spin_unlock_string    
  2.  "xchgb %b0, %1"    
  3.   :"=q" (oldval), "=m" (lock->slock)    
  4.   :"0" (oldval) : "memory"  

加1.解锁

你也许还要参考linux内核分析的书籍，才能领会更多。
 
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