Linux內核學習系列---排隊自旋鎖

      傳統的自旋鎖實際上就是一個整數，值爲1時表示沒有被佔用，值爲0或負數時表示鎖已經被佔用，此時spin_lock循環等待，直到spin_unlock將自旋鎖的值置爲1，在這個過程中沒有保存線程申請自旋鎖的順序信息，後進入等待的線程有可能先獲得自旋鎖。
      排隊自旋鎖(FIFO Ticket Spinlock)是 Linux 內核 2.6.25 版本引入的一種新型自旋鎖，它通過保存執行線程申請鎖的順序信息解決了這種問題，讓先申請自旋鎖的線程先得到鎖。
1. Ticket spinlock的實現原理
        排隊自旋鎖還是使用一個整形slock，並將其分爲兩個部分：
                    
        Next和Owner的長度與CPU的個數相關, 當CPU的個數 < 256時，Next和Owner爲8位。當CPU的個數 > 256時，Next和Owner爲16位。

#if (NR_CPUS < 256)

#define TICKET_SHIFT 8

...
#else
#define TICKET_SHIFT 16

        slock初始化時被置爲0，Next和Owner都被置爲0，當內核線程申請自旋鎖時，比較原始的Next和Owner並將Next加1，如果原始的Next域和Owner域相等則表示鎖處理未使用狀態，否則改線程輪詢等待直到Next域和Owner域相等。當釋放鎖時將Owner域加1.

2. Ticket spinlock的實現代碼
下面查看__ticket_spin_lock和__ticket_spin_unlock兩個函數(NR_CPUS < 256)：
加鎖：

點擊(此處)摺疊或打開

static __always_inline void __ticket_spin_lock(arch_spinlock_t
*lock)
{
  short inc
= 0x0100;

  asm volatile (
    LOCK_PREFIX "xaddw %w0, %1\n"
    "1:\t"
    "cmpb %h0, %b0\n\t"
    "je 2f\n\t"
    "rep ; nop\n\t"
    "movb %1, %b0\n\t"
    /* don't need lfence here, because loads are in-order */
    "jmp 1b\n"
    "2:"
    : "+Q"
(inc),
"+m" (lock->slock)
    :
    : "memory",
"cc");
}

a. xaddw %w0, %1： 將inc和lock->slock的低16位置交換，並將相加後的值存貸lock->slock中. 
        例：slock = 0x00 00 11 10，操作之後slock = 0x00 00 12 10, inc = 0x00 00 11 10.
b. cmpb %h0, %b0： 比較inc的低8位（Owner）和高8位（Next），相等則獲得鎖返回，不相等則繼續執行；
c. 不斷輪詢lock->slock, 等待直到Next和Owner相等。

解鎖

static __always_inline void __ticket_spin_unlock(arch_spinlock_t
*lock)
{
  asm volatile(UNLOCK_LOCK_PREFIX 
"incb %0" // 將owner加1
         : "+m"
(lock->slock)
         :
         : "memory",
"cc");
}

a. 解鎖只執行一個操作就是講slock的Owner字段加1；

通過這種方式，線程調用__ticket_spin_lock的順序存放在Next字段中，Next字段小的線程會先得到鎖。