Spin Lock

昨天写了一下interrupt和exception的不同，在弄清以后，可以来研究linux kernel中的各种同步机制，各种锁了。 先写一下Spin Lock，其余的有时间再写。 Spin Locks 这个是很常见的，好多地方翻译成“自旋锁”，在临界区只允许一个进程进入（且该进程不允许休眠，例如中断处理程序）时经常使用。 spin lock使用spinlock_t结构体来实现,其定义在/include/linux/spinlock_types.h文件中

typedef struct spinlock {
union {
struct raw_spinlock rlock;

#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
# define LOCK_PADSIZE (offsetof(struct 　raw_spinlock, dep_map))
struct {
u8 __padding[LOCK_PADSIZE];
struct lockdep_map dep_map;
};
#endif
};
} spinlock_t;

如果不处于调试时，spinlock_t就是一个raw_spinlock结构体，raw_spinlock的定义也在这个文件中，如下

typedef struct raw_spinlock {
arch_spinlock_t raw_lock;
#ifdef CONFIG_GENERIC_LOCKBREAK
unsigned int break_lock;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK
unsigned int magic, owner_cpu;
void *owner;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
struct lockdep_map dep_map;
#endif
} raw_spinlock_t;

如果去除调试信息的话，只剩arch_spinlock_t和break_lock了，break_lock只在preemption enable状态下被编译，再来看arch_spinlock_t的定义，这个结构体的定义根据不同的体系结构而不同，在i386上如下

typedef struct arch_spinlock {
unsigned int slock;
} arch_spinlock_t;

可见，其实它就是一个整数。 再来看它的使用。 下面有的文字来自于ULK。 当without kernel preemption时，加锁的代码如下

1: lock; decb slp->slock
jns 3f
2: pause
cmpb $0,slp->slock
jle 2b
jmp 1b
3:

也就是说，将slock值减１，然后判断是否小于零，如果小于零，则继续尝试，直到其大于零，然后再返回１尝试进行加锁。如是减之后不小于零，则证明加锁成功，继续执行下面代码。 当with kernel preemption时，加锁就有些不同了，代码我没仔细看，只把ULK中的描述记下来： １.先关掉kernel preemption 2.调用_raw_spin_trylock(),这个函数大体如下

movb $0, %al
xchgb %al, slp->slock

也就是将slock置零，然后通过判断al的值来判断加锁是否成功。如果成功应该返回１，否则返回零（这个代码如此高效) ３.如果经判断，加锁已经成功，进程得以继续执行。 如果经判断，加锁失败，那么，会调用preempt_enable()，这时，有可能当前进程被调度出去。 4.将break_lock值设为１，这样，说明有别的进程在等待获得锁，如果占有锁的进程发现有进程在等待而且自己已经占有了较长时间，这可能会自愿将该锁让给别的进程。 ５.执行如下代码

while (spin_is_locked(slp) && slp->break_lock)
cpu_relax();

cpu_relax()是从Pentium 4以后新增的指令，专为spin_lock而优化。相比rep;nop;来说，它执行的更快，更省电。 再来看解锁的代码

movb $1,slp->slock

直接将slock置１ 毛老师书上说，使用movb而不用inc的原因是movb能节省指令周期，而且，ULK上讲，这个操作是原子的，而inc或者dec不是，所以，在加锁的代码中，dec指令前面加了lock,锁住总线。