1 基礎(chǔ)概念

自旋鎖與相互排斥鎖有點(diǎn)類似，僅僅是自旋鎖不會(huì)引起調(diào)用者睡眠。假設(shè)自旋鎖已經(jīng)被別的運(yùn)行單元保持。調(diào)用者就一直循環(huán)在那里看是否該自旋鎖的保持者已經(jīng)釋放了鎖。"自旋"一詞就是因此而得名。

　　因?yàn)樽孕i使用者一般保持鎖時(shí)間很短，因此選擇自旋而不是睡眠是很必要的，自旋鎖的效率遠(yuǎn)高于相互排斥鎖。

　　信號(hào)量和讀寫信號(hào)量適合于保持時(shí)間較長(zhǎng)的情況，它們會(huì)導(dǎo)致調(diào)用者睡眠，因此僅僅能在進(jìn)程上下文使用（_trylock的變種可以在中斷上下文使用）。而自旋鎖適合于保持時(shí)間很短的情況，它可以在不論什么上下文使用。

　　假設(shè)被保護(hù)的共享資源僅僅在進(jìn)程上下文訪問(wèn)，使用信號(hào)量保護(hù)該共享資源很合適，假設(shè)對(duì)共巷資源的訪問(wèn)時(shí)間很短，自旋鎖也能夠。可是假設(shè)被保護(hù)的共享資源須要在中斷上下文訪問(wèn)（包含底半部即中斷處理句柄和頂半部即軟中斷）。就必須使用自旋鎖。

　　自旋鎖保持期間是搶占失效的，而信號(hào)量和讀寫信號(hào)量保持期間是能夠被搶占的。

自旋鎖僅僅有在內(nèi)核可搶占或SMP的情況下才真正須要。在單CPU且不可搶占的內(nèi)核下，自旋鎖的全部操作都是空操作。

　　跟相互排斥鎖一樣，一個(gè)運(yùn)行單元要想訪問(wèn)被自旋鎖保護(hù)的共享資源，必須先得到鎖，在訪問(wèn)完共享資源后。必須釋放鎖。假設(shè)在獲取自旋鎖時(shí)，沒(méi)有不論什么運(yùn)行單元保持該鎖，那么將馬上得到鎖；假設(shè)在獲取自旋鎖時(shí)鎖已經(jīng)有保持者，那么獲取鎖操作將自旋在那里，直到該自旋鎖的保持者釋放了鎖。

2 自旋鎖的API

spin_lock_init(x)
　　該宏用于初始化自旋鎖x。自旋鎖在真正使用前必須先初始化。

該宏用于動(dòng)態(tài)初始化。

DEFINE_SPINLOCK(x)
　　該宏聲明一個(gè)自旋鎖x并初始化它。

該宏在2.6.11中第一次被定義。在先前的內(nèi)核中并沒(méi)有該宏。

SPIN_LOCK_UNLOCKED
　　該宏用于靜態(tài)初始化一個(gè)自旋鎖。
DEFINE_SPINLOCK(x)等同于spinlock_t x = SPIN_LOCK_UNLOCKED spin_is_locked(x)
　　該宏用于推斷自旋鎖x是否已經(jīng)被某運(yùn)行單元保持（即被鎖），假設(shè)是。返回真，否則返回假。
spin_unlock_wait(x)
　　該宏用于等待自旋鎖x變得沒(méi)有被不論什么運(yùn)行單元保持，假設(shè)沒(méi)有不論什么運(yùn)行單元保持該自旋鎖，該宏馬上返回。否則將循環(huán)在那里。直到該自旋鎖被保持者釋放。
spin_trylock(lock)
　　該宏盡力獲得自旋鎖lock，假設(shè)能馬上獲得鎖，它獲得鎖并返回真。否則不能馬上獲得鎖。馬上返回假。它不會(huì)自旋等待lock被釋放。
spin_lock(lock)
　　該宏用于獲得自旋鎖lock，假設(shè)可以立即獲得鎖。它就立即返回，否則。它將自旋在那里，直到該自旋鎖的保持者釋放。這時(shí)。它獲得鎖并返回。

總之。僅僅有它獲得鎖才返回。

spin_lock_irqsave(lock, flags)
　　該宏獲得自旋鎖的同一時(shí)候把標(biāo)志寄存器的值保存到變量flags中并失效本地中斷。

spin_lock_irq(lock)
　　該宏類似于spin_lock_irqsave。僅僅是該宏不保存標(biāo)志寄存器的值。
spin_lock_bh(lock)
　　該宏在得到自旋鎖的同一時(shí)候失效本地軟中斷。
spin_unlock(lock)
　　該宏釋放自旋鎖lock，它與spin_trylock或spin_lock配對(duì)使用。假設(shè)spin_trylock返回假，表明沒(méi)有獲得自旋鎖。因此不必使用spin_unlock釋放。
spin_unlock_irqrestore(lock, flags)
　　該宏釋放自旋鎖lock的同一時(shí)候，也恢復(fù)標(biāo)志寄存器的值為變量flags保存的值。它與spin_lock_irqsave配對(duì)使用。

spin_unlock_irq(lock)
　　該宏釋放自旋鎖lock的同一時(shí)候。也使能本地中斷。它與spin_lock_irq配相應(yīng)用。
spin_unlock_bh(lock)
　　該宏釋放自旋鎖lock的同一時(shí)候，也使能本地的軟中斷。

它與spin_lock_bh配對(duì)使用。

spin_trylock_irqsave(lock, flags)
　　該宏假設(shè)獲得自旋鎖lock，它也將保存標(biāo)志寄存器的值到變量flags中，而且失效本地中斷，假設(shè)沒(méi)有獲得鎖，它什么也不做。
　　因此假設(shè)可以馬上獲得鎖。它等同于spin_lock_irqsave。假設(shè)不能獲得鎖。它等同于spin_trylock。假設(shè)該宏獲得自旋鎖lock。那須要使用spin_unlock_irqrestore來(lái)釋放。
spin_trylock_irq(lock)
　　該宏類似于spin_trylock_irqsave。僅僅是該宏不保存標(biāo)志寄存器。

假設(shè)該宏獲得自旋鎖lock。須要使用spin_unlock_irq來(lái)釋放。

spin_trylock_bh(lock)
　　該宏假設(shè)獲得了自旋鎖。它也將失效本地軟中斷。假設(shè)得不到鎖，它什么也不做。因此。假設(shè)得到了鎖。它等同于spin_lock_bh，假設(shè)得不到鎖。它等同于spin_trylock。假設(shè)該宏得到了自旋鎖。須要使用spin_unlock_bh來(lái)釋放。
spin_can_lock(lock)
　　該宏用于推斷自旋鎖lock是否可以被鎖，它實(shí)際是spin_is_locked取反。假設(shè)lock沒(méi)有被鎖。它返回真，否則，返回假。該宏在2.6.11中第一次被定義，在先前的內(nèi)核中并沒(méi)有該宏。

3 API 使用場(chǎng)景

假設(shè)被保護(hù)的共享資源僅僅在進(jìn)程上下文訪問(wèn)和軟中斷上下文訪問(wèn)，那么當(dāng)在進(jìn)程上下文訪問(wèn)共享資源時(shí)。可能被軟中斷打斷，從而可能進(jìn)入軟中斷上下文來(lái)對(duì)被保護(hù)的共享資源訪問(wèn)，因此對(duì)于這樣的情況。對(duì)共享資源的訪問(wèn)必須使用spin_lock_bh和spin_unlock_bh來(lái)保護(hù)。
　　當(dāng)然使用spin_lock_irq和spin_unlock_irq以及spin_lock_irqsave和spin_unlock_irqrestore也能夠。它們失效了本地硬中斷，失效硬中斷隱式地也失效了軟中斷。

可是使用spin_lock_bh和spin_unlock_bh是最恰當(dāng)?shù)?#xff0c;它比其它兩個(gè)快。
　　假設(shè)被保護(hù)的共享資源僅僅在進(jìn)程上下文和tasklet或timer上下文訪問(wèn)，那么應(yīng)該使用與上面情況同樣的獲得和釋放鎖的宏，由于tasklet和timer是用軟中斷實(shí)現(xiàn)的。
　　假設(shè)被保護(hù)的共享資源僅僅在一個(gè)tasklet或timer上下文訪問(wèn)。那么不須要不論什么自旋鎖保護(hù)，由于同一個(gè)tasklet或timer僅僅能在一個(gè)CPU上執(zhí)行。即使是在SMP環(huán)境下也是如此。

實(shí)際上tasklet在調(diào)用tasklet_schedule標(biāo)記其須要被調(diào)度時(shí)已經(jīng)把該tasklet綁定到當(dāng)前CPU。因此同一個(gè)tasklet決不可能同一時(shí)候在其它CPU上執(zhí)行。
　　timer也是在其被使用add_timer加入到timer隊(duì)列中時(shí)已經(jīng)被幫定到當(dāng)前CPU。所以同一個(gè)timer絕不可能執(zhí)行在其它CPU上。當(dāng)然同一個(gè)tasklet有兩個(gè)實(shí)例同一時(shí)候執(zhí)行在同一個(gè)CPU就更不可能了。
　　假設(shè)被保護(hù)的共享資源僅僅在兩個(gè)或多個(gè)tasklet或timer上下文訪問(wèn)。那么對(duì)共享資源的訪問(wèn)僅須要用spin_lock和spin_unlock來(lái)保護(hù)，不必使用_bh版本號(hào)，由于當(dāng)tasklet或timer執(zhí)行時(shí)，不可能有其它tasklet或timer在當(dāng)前CPU上執(zhí)行。

　假設(shè)被保護(hù)的共享資源僅僅在一個(gè)軟中斷（tasklet和timer除外）上下文訪問(wèn)，那么這個(gè)共享資源須要用spin_lock和spin_unlock來(lái)保護(hù)，由于相同的軟中斷能夠同一時(shí)候在不同的CPU上執(zhí)行。
　　假設(shè)被保護(hù)的共享資源在兩個(gè)或多個(gè)軟中斷上下文訪問(wèn)，那么這個(gè)共享資源當(dāng)然更須要用spin_lock和spin_unlock來(lái)保護(hù)。不同的軟中斷可以同一時(shí)候在不同的CPU上執(zhí)行。
　　假設(shè)被保護(hù)的共享資源在軟中斷（包含tasklet和timer）或進(jìn)程上下文和硬中斷上下文訪問(wèn)。那么在軟中斷或進(jìn)程上下文訪問(wèn)期間，可能被硬中斷打斷，從而進(jìn)入硬中斷上下文對(duì)共享資源進(jìn)行訪問(wèn)，因此。在進(jìn)程或軟中斷上下文須要使用spin_lock_irq和spin_unlock_irq來(lái)保護(hù)對(duì)共享資源的訪問(wèn)。

　　而在中斷處理句柄中使用什么版本號(hào)。需依情況而定，假設(shè)僅僅有一個(gè)中斷處理句柄訪問(wèn)該共享資源，那么在中斷處理句柄中僅須要spin_lock和spin_unlock來(lái)保護(hù)對(duì)共享資源的訪問(wèn)就能夠了。
　　由于在運(yùn)行中斷處理句柄期間，不可能被同一CPU上的軟中斷或進(jìn)程打斷。可是假設(shè)有不同的中斷處理句柄訪問(wèn)該共享資源，那么須要在中斷處理句柄中使用spin_lock_irq和spin_unlock_irq來(lái)保護(hù)對(duì)共享資源的訪問(wèn)。
　　在使用spin_lock_irq和spin_unlock_irq的情況下。全然能夠用spin_lock_irqsave和spin_unlock_irqrestore代替。那詳細(xì)應(yīng)該使用哪一個(gè)也須要依情況而定，假設(shè)能夠確信在對(duì)共享資源訪問(wèn)前中斷是使能的，那么使用spin_lock_irq更好一些。
　　由于它比spin_lock_irqsave要快一些，可是假設(shè)你不能確定是否中斷使能。那么使用spin_lock_irqsave和spin_unlock_irqrestore更好，由于它將恢復(fù)訪問(wèn)共享資源前的中斷標(biāo)志而不是直接使能中斷。
　　當(dāng)然，有些情況下須要在訪問(wèn)共享資源時(shí)必須中斷失效，而訪問(wèn)完后必須中斷使能。這種情形使用spin_lock_irq和spin_unlock_irq最好。

　　spin_lock用于阻止在不同CPU上的運(yùn)行單元對(duì)共享資源的同一時(shí)候訪問(wèn)以及不同進(jìn)程上下文互相搶占導(dǎo)致的對(duì)共享資源的非同步訪問(wèn)，而中斷失效和軟中斷失效卻是為了阻止在同一CPU上軟中斷或中斷對(duì)共享資源的非同步訪問(wèn)。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/llguanli/p/7140612.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的自旋锁spinlock解析的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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