Linux机制-锁-自旋锁

袁重桥

Linux小品2：自旋锁
   自旋锁和互斥锁有点类似，但是想象一种情况：线程要获取互斥锁，没有得到此锁，就进入睡眠状态，但是此锁的保持时间一般都非常的短，进入睡眠的线程立刻被唤醒。那么进入睡眠，再到被唤醒这个过程的代价就有点大了，此时最好的方法是不要让线程进入睡眠，而是不停的去查看锁是否释放，那么这种情况下就需要使用自旋锁，而不是互斥锁。
   当情况不同，我们选择不同的锁。如果锁的保持时间一般很短，最好是使用自旋锁，这样就有很高的效率，因为省去了睡眠和唤醒的代价。如果锁的保持时间长，最好使用互斥锁，因为如果线程不停的去“自旋”查看锁是否释放，那CPU就白白浪费了。
   【include/linux/spinlock_types.h】
    自旋锁的普遍的定义和初始化函数。
typedef struct {
raw_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
} spinlock_t;
                   spinlock_t的结构体定义
    如何初始化一个自旋锁？
    Linux定义了一个宏，用于初始化一个自旋锁。代码如下：
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# define __SPIN_LOCK_UNLOCKED(lockname)     \
(spinlock_t) { .raw_lock = __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED, \
    .magic = SPINLOCK_MAGIC,  \
    .owner = SPINLOCK_OWNER_INIT,  \
    .owner_cpu = -1,   \
    SPIN_DEP_MAP_INIT(lockname) }
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    并且又定义了一个宏，DEFINE_SPINLOCK（）其中的区别请参照源代码中的一段注释：
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/*
* SPIN_LOCK_UNLOCKED and RW_LOCK_UNLOCKED defeat lockdep state tracking and
* are hence deprecated.
* Please use DEFINE_SPINLOCK()/DEFINE_RWLOCK() or
* __SPIN_LOCK_UNLOCKED()/__RW_LOCK_UNLOCKED() as appropriate.
*/
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
#define DEFINE_SPINLOCK(x) spinlock_t x = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(x)

    自旋锁是内核中常用的锁。
    加锁是对数据而不是代码，所有的自旋锁在本质上是不可中断的。
    自旋锁可以使用在中断处理程序中，而信号量则不能，因为信号量可能导致睡眠。在中断处理程序中使用自旋锁时，一定要在获取锁之前，首先禁止本地中断（在当前处理器上的中断请求），否则中断处理程序就会打断正持有锁的内核代码，有可能试图去争用这个已经被持有的自旋锁。
    适用于自旋锁的核心规则是：任何拥有自旋锁的代码都必须是原子的。它不能被休眠，事实上，它不能因为任何原因放弃处理器，除了服务中断以外。内核抢占的情况由自旋锁代码本身处理，任何时候，只要内核代码拥有自旋锁，在相关处理器上的抢占就会被禁止。
    函数spin_lock_bh用于获取指定锁，同时它会禁止所有下半部的执行。由于下半部会抢占进程上下文中的代码，所以当下半部与进程上下文共享数据时，必须对进程上下文中的共享数据进行保护。


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