自旋锁机制

锁大家接触的应该很早吧，家里经常使用锁来锁门。这里主要讲一下自旋锁。也许你会问，各种锁之间有什么区别？他们的主要区别是在申请锁失败后的表现形式，有的会不停的进行检查锁是否释放，而有的则去睡觉。我们下来讲到的自旋锁就属于前一种表现。

自旋锁的引入：自旋锁是专为防止多处理器并发而引入的一种锁，它在内核中大量用于中断处理等。对于单处理器我们可以使用关中断来防止中断处理程序的并发执行。且自旋锁只能用于短时间的锁定，用于中断上下文。为什么不可以长时间拥有？前面已经说了，自旋锁在等待锁重新可用期间是在自旋，这对处理器来说是非常浪费时间且效率低下的。

自旋锁定义如下：

比较旧的内核：

typedef struct {

volatile unsigned int lock;

}spinlock_t;

3.0.4内核定义：

64 typedef struct spinlock {

65 union {

66 struct raw_spinlock rlock;

67

68 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC

69 # define LOCK_PADSIZE (offsetof(struct raw_spinlock, dep_map))

70 struct {

71 u8 __padding[LOCK_PADSIZE];

72 struct lockdep_map dep_map;

73 };

74 #endif

75 };

76 } spinlock_t;

在新版源码里自旋锁共用了一段共享空间，里面定义了两个结构体， struct raw_spinlock的具体定义如下：

20 typedef struct raw_spinlock {

21 arch_spinlock_t raw_lock;

22 #ifdef CONFIG_GENERIC_LOCKBREAK

23 unsigned int break_lock;

24 #endif

25 #ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK

26 unsigned int magic, owner_cpu;

27 void *owner;

28 #endif

29 #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC

30 struct lockdep_map dep_map;

31 #endif

32 } raw_spinlock_t;

里面定义了一系列的锁。上面的 raw_spinlock_t类型其实就是 spinlock_t类型。

自旋锁的的基本使用如下：

DEFINE_SPINLOCK(x)；

spin_lock(x);

/临界区*********/

spin_unlock(x);

自旋锁的初始化函数spin_lock_init(_lock) ，自旋锁的加锁和解锁函数定义如下：

283 static inline void spin_lock(spinlock_t *lock)

284 {

285 raw_spin_lock(&lock->rlock);

286 }

323 static inline void spin_unlock(spinlock_t *lock)

324 {

325 raw_spin_unlock(&lock->rlock);

326 }

由于在内核中大量地使用了spinlock，有大量的临界区存在，因此它们将严重地影响着系统的实时性。 （自旋） 因此以后使用互斥体（mutex）来代替自旋锁。

Spinlock失效抢占的目的是避免死锁。Spinlock如果可抢占了，一个spinlock的竞争者将可能抢占该spinlock的保持者来 运行，但是由于得不到spinlock将自旋在那里，如果竞争者的优先级高于保持者的优先级，将形成一种死锁的局面，因为保持者无法得到运行而永远不能释 放spinlock，而竞争者由于不能得到一个不可能释放的spinlock而永远自旋在那里。

由于中断处理函数也可以使用spinlock，如果它使用的spinlock已经被一个进程保持，中断处理函数将无法继续进行，从而形成死锁，这样 的spinlock在使用时应当中断失效来避免这种死锁的情况发生。标准linux内核就是这么做的，中断线程化之后，中断失效就没有必要，因为遇到这种 状况后，中断线程将挂在等待队列上并放弃CPU让别的线程或进程来运行。

等待队列就是解决这种死锁僵局的方法，每个spinlock都有一个等待队列，该等待队列是按进程或线程的优先级排队的。如果一个进程或线程竞争的spinlock 已经被另一个线程保持，它将把自己挂在该spinlock的优先级化的等待队列上，然后发生调度把CPU让给别的进程或线程。