《LINUX3.0内核源代码分析》第三章：内核同步(4)

摘要：本文主要讲述linux如何处理ARM cortex A9多核处理器的内核同步部分。主要包括读写自旋锁介绍。

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1.1 读写自旋锁

读写自旋锁是一种特殊的自旋锁。它与自旋锁的区别：自旋锁仅仅同时允许一个读者或者写者进入临界保护区。而读写自旋锁允许多个读者同时进入临界保护区，但是不允许多个写者同时进入临界保护区，也不允许读者和写者同时进入临界保护区。

读写自旋锁的数据结构与自旋锁完全一致。但是对lock字段有了不同的解释：

/**

 * 体系结构相关的读写自旋锁。

 * 对ARM来说，就是一个int。其中第３１位，即符号位表示是否存在写者。其余位表示读者的数量。

 */

typedef struct {

         volatile unsigned int lock;

} arch_rwlock_t;

 

1.1.1      获取和释放读锁

申请读锁的函数是read_lock，它的流程与spin_lock几乎完全一致，唯一不同的是最后调用体系结构相关的函数是arch_read_lock而不是arch_spin_lock：

/**

 * 获取读自旋锁。

 */

static inline void arch_read_lock(arch_rwlock_t *rw)

{

         unsigned long tmp, tmp2;

 

         __asm__ __volatile__(

"1:    ldrex         %0, [%2]\n"/* 从lock字段中排它性的装载到寄存器 */

"       adds          %0, %0, #1\n"/* 将lock字段的值加１，并更新cpsr标志 */

"       strexpl      %1, %0, [%2]\n"/* 如果加１后是正值，表示没有写者。则排它性将值存回内存 */

         WFE("mi")

"       rsbpls       %0, %1, #0\n"/* 如果加１后是正值，%1中保存的是strexpl的结果。将指令结果取反并更新cpsr标志 */

"       bmi  1b"/* 不论是adds后，寄存器中的值变为负，还是在回写内存时不成功，此时的cpsr标志都是小于０，这两种情况都表示获取读锁不成功，继续死循环等待读锁 */

         : "=&r" (tmp), "=&r" (tmp2)

         : "r" (&rw->lock)

         : "cc");

 

         /**

          * 运行到这里，已经获得了读锁。

          * 这个屏障即可以防止读锁后面的内存操作与锁前面的操作乱序，也防止编译乱序。

          */

         smp_mb();

}

 

释放读自旋锁的过程与spin_unlock也是类似的，最终调用的体系结构相关的函数是而不是arch_spin_unlock：

/**

 * 释放读自旋锁。

 */

static inline void arch_read_unlock(arch_rwlock_t *rw)

{

         unsigned long tmp, tmp2;

 

         /**

          * 这个内存屏障是为了防止锁前面的内存操作与锁内存操作乱序。使得读取的内存是错误的值。

          */

         smp_mb();

 

         __asm__ __volatile__(

"1:    ldrex         %0, [%2]\n"/* 从lock字段排它性装载数据到寄存器 */

"       sub   %0, %0, #1\n"/* 将lock字段的值减１ */

"       strex         %1, %0, [%2]\n"/* 将lock字段的值排它性写入内存 */

"       teq   %1, #0\n"/* 排它性写入内存的结果保存在%1中，将它与０比较 */

"       bne  1b"/* 如果%1中的值不为０，说明在写入过程中，与其他核产生了冲突，大家都试图保存lock字段的值。返回到标号１处，重试 */

         : "=&r" (tmp), "=&r" (tmp2)

         : "r" (&rw->lock)

         : "cc");

 

         if (tmp == 0)

                   dsb_sev();

}

 

1.1.2      获取和释放写锁

申请写锁的函数是write_lock，它的流程与spin_lock几乎完全一致，唯一不同的是最后调用体系结构相关的函数是arch_write_lock而不是arch_spin_lock：

/**

 * 申请写自旋锁。

 */

static inline void arch_write_lock(arch_rwlock_t *rw)

{

         unsigned long tmp;

 

         __asm__ __volatile__(

"1:    ldrex         %0, [%1]\n"/* 从内存中装载lock字段的值到寄存器 */

"       teq   %0, #0\n"/* 只有当lock字段为０时，才表示没有读者和写者，此时才能成功获取写锁 */

         WFE("ne")

"       strexeq    %0, %2, [%1]\n"/* 当lock字段为０时，将0x80000000写入内存，0x80000000表示存在一个写者，没有读者 */

"       teq   %0, #0\n"

"       bne  1b"/* 如果排它性写入失败，或者lock字段不为０，则申请写锁失败，返回到标号１处重试 */

         : "=&r" (tmp)

         : "r" (&rw->lock), "r" (0x80000000)

         : "cc");

 

         smp_mb();

}

 

释放写锁的函数是write_unlock，它的流程与spin_unlock几乎完全一致，唯一不同的是最后调用体系结构相关的函数是arch_write_unlock而不是arch_spin_unlock：

/**

 * 释放写锁

 */

static inline void arch_write_unlock(arch_rwlock_t *rw)

{

         smp_mb();

 

         __asm__ __volatile__(

         "str  %1, [%0]\n"/* 由于只会存在一个写者，因此释放写锁的过程不可能与其他锁原语冲突，因此这里不需要进行排它性装载和存储，直接向lock字段写入０即可 */

         :

         : "r" (&rw->lock), "r" (0)

         : "cc");

 

         dsb_sev();

}