Linux內核中的互斥操作（2）——自旋鎖

*本篇來看看多次在內核中出現的spin_lock——自旋鎖，到底是個什麼東西。。。→_→*

1. 內核中的spin_lock()

   • spin_lock()源代碼

   
   static inline void spin_lock(spinlock_t *lock)//自旋鎖的類型定義見下方
       {
       #if SPINLOCK_DEBUG
           __label__ here;
       here:
           if (lock->magic != SPINLOCK_MAGIC) {
       printk("eip: %p\n", &&here);
               BUG();
           }
       #endif
           __asm__ __volatile__(
               spin_lock_string//進入宏函數spin_lock_string，傳參數lock->lock
               :"=m" (lock->lock) : : "memory");
       }

   • 自旋鎖的類型定義

   typedef struct {
           volatile unsigned int lock;//不考慮調試時，自旋鎖就是一個無符號整形，volatile保證編譯器不進行過度優化
       #if SPINLOCK_DEBUG
           unsigned magic;
       #endif
       } spinlock_t;

   • spin_lock_string宏函數

   
   #define spin_lock_string \
   
       "\n1:\t" \
       "lock ; decb %0\n\t" \ //decb指令涉及讀-改-寫操作，所以lock總線保證該條指令的原子性，%0就是傳入的參數lock->lock，decb指令將lock->lock減1，結果非負表示加鎖成功，直接返回
       "js 2f\n" \ 
       ".section .text.lock,\"ax\"\n" \
       "2:\t" \ //結果爲負，循環測試lock->lock的值
       "cmpb $0,%0\n\t" \ //將lock->lock的值與0比較
       "rep;nop\n\t" \
       "jle 2b\n\t" \ //當lock->lock小於等於0時，繼續循環測試
       "jmp 1b\n" \ //當lock->lock大於0時，跳轉到標號1，獲取自旋鎖
       ".previous"

   從代碼中得知，如果lock->lock小於等於0，那麼就一直循環測試其值，直到lock->lock大於0。這就相當於讓CPU一直空轉，做無用功，因此自旋鎖應用的地方不能加鎖時間太長，否則就會浪費資源。

2. 內核中的spin_unlock()

   • spin_unlock()源代碼

   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//調用spin_unlock_string宏函數，傳參數lock->lock
           :"=m" (lock->lock) : : "memory");
   }

   • spin_unlock_string宏函數

   
   #define spin_unlock_string \
   
       "movb $1,%0" //%0就是傳入的參數lock->lock，movb指令將lock->lock置爲1，movb指令本身就是原子操作，所以不需要lock總線

3. 內核中的自旋鎖具體應用的類型

   • 加鎖操作

   
   
   #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)
   
   

   • 去鎖操作

   
   
   #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)
   
   

   • 不同操作之間的異同

   同：加鎖和去鎖操作中都是分爲兩部分，即先執行local_操作——關閉或開啓本處理器上的中斷響應，再執行_lock操作——防止來自其他處理器的干擾。

   異：主要區別就在於如何關閉本處理器上的中斷響應

   /* For spinlocks etc */
   
   #define local_irq_save(x)   __asm__ __volatile__("pushfl ; popl %0 ; cli":"=g" (x): /* no input */ :"memory") //通過cli指令關閉中斷，且將本處理器的狀態標識寄存器通過push和pop操作，保存到參數x中，以便去鎖時恢復。狀態標誌寄存器中的IF標誌位反映當前中斷的開關狀態
   
   
   #define local_irq_restore(x)    __restore_flags(x) //去鎖時恢復標識寄存器
   
   
   #define local_irq_disable() __cli() //直接將標識寄存器的IF標誌位清0
   
   
   #define local_irq_enable()  __sti()
   

*碼完喫飯。。。下午繼續最後的read_lock和write_lock。。。→_→*