Linux內核自旋鎖(spinlock)使用與源碼分析
標簽: Linux Dirver
一. spinlock_t結構體定義
typedef struct spinlock {
union {
struct raw_spinlock rlock;
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
# define LOCK_PADSIZE (offsetof(struct raw_spinlock, dep_map))
struct {
u8 __padding[LOCK_PADSIZE];
struct lockdep_map dep_map;
};
#endif
};
} spinlock_t;
typedef struct raw_spinlock {
arch_spinlock_t raw_lock;
#ifdef CONFIG_GENERIC_LOCKBREAK
unsigned int break_lock;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK
unsigned int magic, owner_cpu;
void *owner;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
struct lockdep_map dep_map;
#endif
} raw_spinlock_t;
#define TICKET_SHIFT 16
typedef struct {
union {
u32 slock;
struct __raw_tickets {
#ifdef __ARMEB__
u16 next;
u16 owner;
#else
u16 owner;
u16 next;
#endif
} tickets;
};
} arch_spinlock_t;
二. spinlock常用的API:
spin_lock_init(spinlock_t* lock); // 初始化自旋鎖
spin_lock(spinlock_t *lock); // 獲取自旋鎖
spin_trylock(spinlock_t *lock); // 嘗試獲取自旋鎖
spin_unlock(spinlock_t *lock); // 釋放自旋鎖
spin_lock_irq(lock);
spin_unlock_irq(lock);
spin_lock_irqsave(lock, flags);
spin_unlock_irqrestore(lock, flags);
三. lock操作, 以spin_lock為例:
static inline void spin_lock(spinlock_t *lock)
{
raw_spin_lock(&lock->rlock);
}
#define raw_spin_lock(lock) _raw_spin_lock(lock)
void __lockfunc _raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock)
{
__raw_spin_lock(lock);
}
static inline void __raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock)
{
preempt_disable(); // preempt_disable()是用來關閉掉搶占的
spin_acquire(&lock->dep_map, 0, 0, _RET_IP_); // 內核用來調試用的
LOCK_CONTENDED(lock, do_raw_spin_trylock, do_raw_spin_lock);
}
static inline void do_raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock) __acquires(lock)
{
__acquire(lock);
arch_spin_lock(&lock->raw_lock);
}
static inline void arch_spin_lock(arch_spinlock_t *lock)
{
unsigned long tmp;
u32 newval;
arch_spinlock_t lockval;
__asm__ __volatile__(
"1: ldrex %0, [%3]\n"
" add %1, %0, %4\n"
" strex %2, %1, [%3]\n"
" teq %2, #0\n"
" bne 1b"
: "=&r" (lockval), "=&r" (newval), "=&r" (tmp)
: "r" (&lock->slock), "I" (1 << TICKET_SHIFT)
: "cc");
while (lockval.tickets.next != lockval.tickets.owner) {
wfe();
lockval.tickets.owner = ACCESS_ONCE(lock->tickets.owner);
}
smp_mb();
}
=======================================================================
__asm__ __volatile__(
[0]. "1: ldrex %0, [%3]\n"
[1]. " add %1, %0, %4\n"
[2]. " strex %2, %1, [%3]\n"
[3]. " teq %2, #0\n"
[4]. " bne 1b"
[5]. : "=&r" (lockval), "=&r" (newval), "=&r" (tmp)
[6]. : "r" (&lock->slock), "I" (1 << TICKET_SHIFT)
[7]. : "cc");
[8]. while (lockval.tickets.next != lockval.tickets.owner) {
[9]. wfe();
[10]. lockval.tickets.owner = ACCESS_ONCE(lock->tickets.owner);
}
=======================================================================
%0 --> lockval
%1 --> newval
%2 --> tmp
%3 --> &lock->slock
%4 --> (1<<16)
[0]: 將lock->slock的數值賦值給lockval, 同時標記&lock->slock地址, 獨占訪問;
[1]. newval = lockval + (1<<16); 其實就是local.next + 1 -> newval;
[2]. 將newval的數值保存給lock->slock, 操作結果存放在tmp中, 獨占訪問的方式;
[3]. 監測[2]的操作結果, tmp==0, 獨占讀寫成功; tmp!=0, 獨占讀寫失敗, 返回1b;
[4]. tmp!=0 back to 1b 循環重新開始操作;
[8]. 比較lockval.next與lockval.owner是否相等, 不相等則volatile讀取lock.owner
到lockval.owner中去, 一直循環讀取判斷;
========================================================================
四. unlock操作, 以spin_unlock為例:
static inline void spin_unlock(spinlock_t *lock)
{
raw_spin_unlock(&lock->rlock);
}
#define raw_spin_unlock(lock) _raw_spin_unlock(lock)
void __lockfunc _raw_spin_unlock(raw_spinlock_t *lock)
{
__raw_spin_unlock(lock);
}
static inline void __raw_spin_unlock(raw_spinlock_t *lock)
{
spin_release(&lock->dep_map, 1, _RET_IP_);
do_raw_spin_unlock(lock);
preempt_enable();
}
static inline void do_raw_spin_unlock(raw_spinlock_t *lock) __releases(lock)
{
arch_spin_unlock(&lock->raw_lock);
__release(lock);
}
static inline void arch_spin_unlock(arch_spinlock_t *lock)
{
smp_mb();
lock->tickets.owner++;
dsb_sev();
}
五. 分析流程圖:
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