LINUX内核笔记:自旋锁

目录

自旋锁作用与基本使用方法？

在SMP和UP上的不同表现?

自旋锁与上下文

使用spin_lock()后为什么不能睡眠?

强调：锁什么?

参考

 

1、自旋锁作用与基本使用方法？

与其他锁一样，自旋锁也用于保护临界区，但是自旋锁主要是用于在SMP上保护临界区。在SMP上，自旋锁最多只能被一个可执行线程持有，如果一个线程尝试获得一个被争用的自旋锁，该线程将一直旋转(while循环）直到锁可用；如果锁未被争用，请求锁的执行线程将立刻争用它，并继续执行。

 

LINUX下自旋锁的基本使用方法：

声明锁：

spinlock_t lock;

 

初始化：

lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;

     或者

spin_lock_init(&lock);

 

加锁有4个接口,3个会阻塞，1个不阻塞

spin_lock(&lock);//获取自旋锁
spin_lock_irq(&lock);//关中断，获取自旋锁,不建议使用
spin_lock_irqsave(&lock, flags);//关中断，保存中断状态，获取自旋锁
spin_trylock(&lock);//与spin_lock一样，但是获取不到的时候不阻塞，返回非0

 

对应的解锁接口有3个

spin_unlock(&lock);//spin_lock和spin_trylock都用该接口解锁
spin_unlock_irq(&lock);//不建议使用
spin_unlock_irqrestore(&lock, flags);

 

另外还提供了一个获取锁状态的接口：

spin_is_locked(&lock);//如果指定的锁被获取，返回非0，否则，返回0

 

2、在SMP和UP上的不同表现?

对于SMP，自旋锁将在禁止抢占后，while循环自旋直到锁可用;

对于UP，自旋锁的行为有点不一样，具体表现为：

• 内核不支持抢占，则spin_lock是个空函数,spin_unlock也是空函数；
• 内核支持抢占，则spin_lock关抢占，spin_unlock开抢占。

要分析SMP和UP的区别，还得先理解UP下内核支持抢占与否的区分。

在不支持抢占的时候，内核调度时机为：

• 内核代码一直要执行到完成（返回用户空间）；
• 阻塞或主动调用schedule();

支持内核抢占的内核，则在以下情况会发生抢占：

• 从中断处理程序回到内核空间且内核具有抢占性时；
• 当内核代码再一次具有可抢占性时；(如时钟中断，发现进程时间片已经用完，则发生进程抢占)
• 内核显式调用schedule();
• 内核中的任务阻塞（同样导致schedule())；

从以上区别可以看出，若是内核不支持抢占，只要临界区的代码不阻塞，就能保证原子性，所以spin_lock/spin_unlock是空函数。

而对于支持抢占的内核， spin_lock/spin_unlock自然只需要关闭/恢复抢占功能即可。

 

 

3、自旋锁与上下文

由于自旋锁不睡眠，既可以用于进程上下文，也可用于非进程上下文，这是它与信号量相比的一个优势。

正常来讲，如果自旋锁都是在进程上下文中使用，则建议使用spin_lock/spin_unlock。

若在中断处理例程中也要使用自旋锁，则所有争用同一个锁的地方应使用spin_lock_irqsave/spin_unlock_irqrestore。

若没有在中断而在下半部使用自旋锁，则所有急用同一个锁的地方可以使用spin_lock_bh/spin_unlock_bh，这对函数平时用得比较少。

注：自旋锁用在中断例程中，若是进程上下文中的内核代码使用spin_lock，则在临界区，可能发生中断 ，要么原子性被破坏(UP)，要么造成死锁(SMP).

 

4、使用spin_lock()后为什么不能睡眠?

在UP下，正如前面所说，原子性得不到保证。

而在SMP下，则可能发生死锁：

假设有3个进程A,B,C，2个CPU称CPU0,CPU1.

CPU0上A进程获取自旋锁进入睡眠，调度了B进程，B进程将自旋； 

CPU1上调度了C进程也将自旋。

B等着A释放锁，A等着B释放CPU，自旋后的CPU不能发生调度，CPU0和CPU1将一直自旋下去，形成了死锁。

 

 

5、强调：锁什么?

使用锁的时候一定要对症下药，明确保护的是数据而不是代码，这是使用锁的正确思考方式。经常看别人代码的人应该会有所体会，针对代码加锁常常使代码难以理解，特别是复杂的程序，往往加锁没做好，引起竞争条件。

不防在使用锁的时候先思考一下自己要保护什么，然后给对应的锁取跟数据相关的名称。比如"int foo;spinlock_t foo_lock;"表示foo由foo_lock加锁;

 

6、参考

《Linux内核设计与实现》