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Linux核心spin_lock、spin_lock_irq 和 spin_lock_irqsave 分析

在Linux核心中何時使用spin_lock,何時使用spin_lock_irqsave很容易混淆。首先看一下程式碼是如何實現的。

spin_lock的呼叫關係

     spin_lock

            |

           + ----->  raw_spin_lock


  1. staticinlinevoid __raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock)  
  2. {  
  3.         preempt_disable();  
  4.         spin_acquire(&lock->dep_map, 0, 0, _RET_IP_);  
  5.         LOCK_CONTENDED(lock, do_raw_spin_trylock, do_raw_spin_lock);  
  6. }  

spin_lock_irq的呼叫關係

    spin_lock_irq

                |

               +-------> raw_spin_lock_irq


  1. staticinlinevoid __raw_spin_lock_irq(raw_spinlock_t *lock)  
  2. {  
  3.         local_irq_disable();  
  4.         preempt_disable();  
  5.         spin_acquire(&lock->dep_map, 0, 0, _RET_IP_);  
  6.         LOCK_CONTENDED(lock, do_raw_spin_trylock, do_raw_spin_lock);  
  7. }  

可以看出來他們兩者只有一個差別:是否呼叫local_irq_disable()函式, 即是否禁止本地中斷。

在任何情況下使用spin_lock_irq都是安全的。因為它既禁止本地中斷,又禁止核心搶佔。

spin_lock比spin_lock_irq速度快,但是它並不是任何情況下都是安全的。

舉個例子:程序A中呼叫了spin_lock(&lock)然後進入臨界區,此時來了一箇中斷(interrupt),

該中斷也執行在和程序A相同的CPU上,並且在該中斷處理程式中恰巧也會spin_lock(&lock)

試圖獲取同一個鎖。由於是在同一個CPU上被中斷,程序A會被設定為TASK_INTERRUPT狀態,

中斷處理程式無法獲得鎖,會不停的忙等,由於程序A被設定為中斷狀態,schedule()程序排程就

無法再排程程序A執行,這樣就導致了死鎖!

但是如果該中斷處理程式執行在不同的CPU上就不會觸發死鎖。 因為在不同的CPU上出現中斷不會導致

程序A的狀態被設為TASK_INTERRUPT,只是換出。當中斷處理程式忙等被換出後,程序A還是有機會

獲得CPU,執行並退出臨界區。

所以在使用spin_lock時要明確知道該鎖不會在中斷處理程式中使用。

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使用spin_lock_irqsave在於你不期望在離開臨界區後,改變中斷的開啟,關閉狀態!進入臨界區是關閉的,離開後它同樣應該是關閉的!

如果自旋鎖在中斷處理函式中被用到,那麼在獲取該鎖之前需要關閉本地中斷,spin_lock_irqsave 只是下列動作的一個便利介面:
1 儲存本地中斷狀態
2 關閉本地中斷
3 獲取自旋鎖

解鎖時通過 spin_unlock_irqrestore完成釋放鎖、恢復本地中斷到之前的狀態等工作

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還有一對 spin_lock_irq 和 spin_unlock_irq
如果你確定在獲取鎖之前本地中斷是開啟的,那麼就不需要儲存中斷狀態,解鎖的時候直接將本地中斷啟用就可以啦