Linux内核——自旋锁 spinlock

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与之前学的信号量相比，自旋锁是一种死等的机制。而信号量不会。只有一个执行单元获取锁并进入到临界区，其他的都给我死等。可以在中断上下文执行，因为是不睡眠的。中断上下文代码不允许睡眠，也不允许调用那些可能会引起睡眠的函数。这种死等的实现是不同的架构有不一样的方法。

自旋锁的实现

  1. 查看结构体定义struct spinlock (/include/linux/spinlock_types.h)1678091181583

    然后再去看看，raw_spinlock

    1678091233794

    然后再去看看arch_spinlock_t!!!!然后发现这东西的定义适合cpu架构相关的，多层封装是为了增加灵活性。。以arm为例：

    路径（/arch/arm/include/asm/spinlock_types.h）

    1678091414902

    其中owner表示持有这个数字的thread可以获取自旋锁，next表示如果后续有thread请求获取这个自旋锁，给他分配这个数字。

  2. 自旋锁的初始化 按照上述所说就是把那两个东西置为0，对spinlock的初始化一层层再找到arm里的初始化实现，就长这样1678091817407

  3. 基本所有实现都是spin—>raw_spin->arch_spin. 由不同的架构去实现，实现的逻辑就是。

    • 刚开始owner=next=0;
    • 第一个thread获取spinlock，可获取成功，此时owner==0,next=0;
    • 第二个thread获取spinlock,如果第一个thread还没有释放spinlock，则next++, next变为1;
    • 第三个thread获取spinlock,如果第一个thread还没有释放spinlock，则next++, next变为2;
      此时第一个thread释放spinlock，则执行ownerowner=1;
    • 虽然此时第二个thread和第三个thread都在等待spinlock,但是因为第二个thread的next=owner,所以第二个thread可以获取到spinlock，第三个thread则继续等待。这样保证了spinlock的唤醒机制是先到先唤醒，后到后唤醒，保证了公平性。

  4. 另外，还有一种自旋锁叫做读写自旋锁。读写自旋锁可以让多个读一起读，但是经常让写死等。

自旋锁的使用

继续修改我们的hello驱动。

  1. 首先定义自旋锁与临界资源。

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    spinlock_t count_lock;
    int open_count=0;

  2. 然后在hello_init中进行初始化

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    //自旋锁初始化
    spin_lock_init(&count_lock);

  3. open与close操作中

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    int hello_open(struct inode *p, struct file *f)
    {

        spin_lock(&count_lock);
        if(!open_count>=1)
        {
            spin_enlock(&count_lock);
            printk(KERN_EMERG"device is busy,helloopen fall!!\r\n");
            return -EBUSY; 
        }
        open_count++;
        spin_lock(&count_lock);
        printk(KERN_EMERG"hello_open ok~~~\r\n");
        return 0;
    }

    int hello_close(struct inode *inode ,struct file *filp)
    {
        if(!open_count!=1)
        {
            printk(KERN_EMERG"device is busy,helloopen fall!!\r\n");
            return -EBUSY; 
        }
        spin_enlock(&count_lock);
        printk(KERN_INFO"hello_close ok");
        return 0;
    }

    之前也说过了自旋锁的特性，尽量要让临界区执行的快一点。不然cpu会经常死等。

    结果和信号量结果相同。因为从应用程序来看确实本质区别也不大。