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Linux內核同步機制-自旋鎖

admin @ 2014-03-25 , reply:0

概述

一、自旋鎖自旋就是自己連續的循環等待。如果你有抱著你的愛人旋轉的經歷,那麼你應該知道一件事情,為了安全,你不能旋轉太久,你的愛人如果頭昏,也想你早日釋放。是的,自旋的缺點,就是它頻繁的循環直到等待鎖的……

一、自旋鎖
自旋就是自己連續的循環等待。如果你有抱著你的愛人旋轉的經歷,那麼你應該知道一件事情,為了安全,你不能旋轉太久,你的愛人如果頭昏,也想你早日釋放。是的,自旋的缺點,就是它頻繁的循環直到等待鎖的釋放,將它用於可以快速完成的代碼中才好。

自旋不能搶佔,但能中斷。
 
相關話題:SMP和cpu。多個cpu和單個cpu。很多書說自旋鎖只能在多處理機中使用,這是不正確的。

首先定義
Spinlock_t lock;
對不起,我只能找到arm平台的鎖了
/*
 * ARMv6 Spin-locking.
 *
 * We (exclusively) read the old value, and decrement it.  If it
 * hits zero, we may have won the lock, so we try (exclusively)
 * storing it.
 *
 * Unlocked value: 0
 * Locked value: 1
 */
typedef struct {
 volatile unsigned int lock;
#ifdef CONFIG_PREEMPT
 unsigned int break_lock;
#endif
} spinlock_t;
補上x86平台
#define SPINLOCK_MAGIC 0x1D244B3C
typedef struct {
 unsigned long magic;
 volatile unsigned long lock;
 volatile unsigned int babble;
 const char *module;    // 所屬模塊
 char *owner;
 int oline;
} spinlock_t;
Lock為0時可以用,1是等待。0像鎖孔,當沒有鑰匙插進去時,它才可以插進去


怎麼初始化呢?
#define spin_lock_init(x)
 do {
  (x)->magic = SPINLOCK_MAGIC;
  (x)->lock = 0;                ;0初始化,表示可用
  (x)->babble = 5;
  (x)->module = __FILE__;      
  (x)->owner = NULL;
  (x)->oline = 0;
 } while (0)
定義一個自旋鎖的方法很有意思,
Spinlock_t lock=?????

可以通過spin_lock
Spin_lock_irqsave 來調用自旋鎖,後者不允許中斷。前者有可能在上鎖中發生中斷。
還有spin_trylock 這是一個絕不妥協的函數,它不等待。


恢復為spin_unlock
Spin_unlock_irqrestore

考查下面代碼
#define spin_lock_irqsave(lock, flags) _spin_lock_irqsave(lock, flags)
#define _spin_lock_irqsave(lock, flags)
do { 
 local_irq_save(flags);       保存中斷請求標誌
 preempt_disable();          不允許搶佔
 _raw_spin_lock(lock);
 __acquire(lock);
} while (0)

二、自旋鎖綜合使用
下面是一個使用的例子,你可以使用source insight查到它
/* never called when PTRS_PER_PMD > 1 */
void pgd_dtor(void *pgd, kmem_cache_t *cache, unsigned long unused)
{
 unsigned long flags; /* can be called from interrupt context */

 spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);  枷鎖
 pgd_list_del(pgd);
 spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags); 釋放
}

中斷枷鎖
#define spin_lock_irqsave(lock, flags) _spin_lock_irqsave(lock, flags)
分析
unsigned long __lockfunc _spin_lock_irqsave(spinlock_t *lock)
{
 unsigned long flags;

 local_irq_save(flags); 將寄存器存入flags,並關中斷
 preempt_disable();   搶佔鎖
 _raw_spin_lock_flags(lock, flags);  枷鎖
 return flags;
}
EXPORT_SYMBOL(_spin_lock_irqsave);

繼續
/* For spinlocks etc */
#define local_irq_save(x) __asm__ __volatile__("pushfl ; popl %0 ; cli":"=g" (x): /* no input */ :"memory")
將標誌寄存器的內容放在內存x中。請查看gcc彙編

繼續
static inline void _raw_spin_lock_flags (spinlock_t *lock, unsigned long flags)
{
#ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK
 if (unlikely(lock->magic != SPINLOCK_MAGIC)) {
  printk("eip: %p ", __builtin_return_address(0));
  BUG();
 }
#endif
 __asm__ __volatile__(
  spin_lock_string_flags
  :"=m" (lock->slock) : "r" (flags) : "memory");
}
繼續
#define spin_lock_string_flags
 " 1: "
 "lock ; decb %0 "    ;lock匯流排鎖住,原子操作
 "jns 4f "
 "2: "
 "testl $0x200, %1 "
 "jz 3f "
 "sti "
 "3: "
 "rep;nop "
 "cmpb $0, %0 "
 "jle 3b "
 "cli "
 "jmp 1b "
 "4: "
理解一下大概意思,就可以了。當lock-1后大於等於0就可以關中斷繼續執行了,否則nop空操作。Nop期間,cpu可以執行其他任務的代碼。

解鎖
#define spin_unlock_irqrestore(lock, flags) _spin_unlock_irqrestore(lock, flags)
void __lockfunc _spin_unlock_irqrestore(spinlock_t *lock, unsigned long flags)
{
 _raw_spin_unlock(lock);
 local_irq_restore(flags);
 preempt_enable();
}

static inline void _raw_spin_unlock(spinlock_t *lock)
{
#ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK
 BUG_ON(lock->magic != SPINLOCK_MAGIC);
 BUG_ON(!spin_is_locked(lock));
#endif
 __asm__ __volatile__(
  spin_unlock_string
 );
}
Raw赤裸的解鎖,表示最低沉的解鎖原理。
#define spin_unlock_string
 "xchgb %b0, %1"
  :"=q" (oldval), "=m" (lock->slock)
  :"0" (oldval) : "memory"
加1.解鎖

你也許還要參考linux內核分析的書籍,才能領會更多。


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