抢占式内核与非抢占式内核中的自旋锁（spinlock）的差别

一、概括

（1）自旋锁适用于SMP系统，UP系统用spinlock是作死。

（2）保护模式下禁止内核抢占的方法：1、运行终端服务例程时2、运行软中断和tasklet时3、设置本地CPU计数器preempt_count

（3）自旋锁的忙等待的实际意义是：尝试获取自旋锁的还有一个进程不断尝试获取被占用的自旋锁，中间仅仅pause一下！

（4）在抢占式内核的spin_lock宏中，第一次关抢占，目的是防止死锁（防止一个已经获取自旋锁而未释放的进程被抢占！

！

）。

而后又开抢占。目的是让已经释放自旋锁的进程能够被调度出去，让其它进程能够进入临界区。当然，开启内核抢占后，调度器调度的进程是不是在盲等的进程不可而知！

二、具有内核抢占的spin_lock宏

让我们来具体讨论用于请求自旋锁的spin_lock宏。以下的描写叙述都是针对支持SMP系统的抢占式内核的。

该宏获取自旋锁的地址sip作为它的參数，并运行以下的操作：

调用preempt_disable()以禁用内核抢占

调用函数__raw_spin_trylock()。它对自旋锁的slock字段运行原子性的測试和设置操作。

该操作首先运行等价于下列汇编片段的一些指令：

movb$0,%a1

xchgb%al,slp->slock

汇编语言指令xchg原子性地交换8位寄存器%al和slp->slock指示的内存单元的内容。

随后，假设存放在自旋锁中的旧值是正数，函数就返回1，否则返回0。

假设自旋锁中的旧值是正数，宏结束；内核控制路径已经获得自旋锁。

否则，内核控制路径无法获得自旋锁。因此宏必须运行循环一直到在其他CPU上运行的内核控制路径释放自旋锁。调用preempt_enable()递减在第1步递增了的抢占计数器。假设在运行spin_lock宏之前内核抢占被启用，那么其他进程此时能够代替等待自旋锁的进程。

假设break_lock字段等于0。则把它设置为1。通过检測该字段，拥有锁并在其他CPU上执行的进程能够知道是否有其他进程在等待这个锁。假设进程把持某个自旋锁的时间太长。它能够提前释放锁以便等待同样自旋锁的进程能够继续向前执行。

运行等待循环：

while(spin_is_locked(sip)&& slp->break_lock)

cpu_relax();

宏cpu_relax()简化为一条pause汇编语言指令。

在Pentium4模型中引入了这条指令以优化自旋锁循环的运行。

通过引入一个非常短的延迟。加快了紧跟在锁后面的代码的运行并降低了能源消耗。pause与早先的80x86微处理器模型是向后兼容的。由于它相应rep;nop指令，也就是相应空操作。

跳转回第1步，再次试图获取自旋锁

三、非抢占式内核中的spin_lock宏

假设在内核编译时没有选择内核抢占选项，spin_lock宏就与前面描写叙述的spin_lock宏有非常大的差别。在这样的情况下，宏生成一个汇编语言程序片段，它本质上等价于以下紧凑的忙等待：

1:lock;decbslp->lock

jns3f

2:pause

cmpb$0,slp->slock

jle2b

jmp1b

3;

汇编语言指令decb递减自旋锁的值，该指令是原子的，由于它带有lock字节前缀。随后检測符号标志，假设它被清0，说明自旋锁被设置为1，因此从标记3处继续正常运行。否则。在标签2处运行紧凑循环直到自旋锁出现正值。然后从标签1处開始又一次运行。由于不检查其他的处理器是否抢占了锁就继续运行是不安全的。

spin_unlock宏

spin_unlock宏释放曾经获得的自旋锁，它本质上运行下列汇编语言指令；

movb$1,slp->slock

并在随后调用preempt_enable()，注意，由于如今的80x86微处理器总是原子地运行内存中的仅仅写訪问，所以不使用lock字节。