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高手进阶必读:Linux内核的同步机制

IBM2006-02-15 09:21我要吐槽
  五、自旋锁(spinlock)

  自旋锁与互斥锁有点类似,只是自旋锁不会引起调用者睡眠,如果自旋锁已经被别的执行单元保持,调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁,"自旋"一词就是因此而得名。

  由于自旋锁使用者一般保持锁时间非常短,因此选择自旋而不是睡眠是非常必要的,自旋锁的效率远高于互斥锁。

  信号量和读写信号量适合于保持时间较长的情况,它们会导致调用者睡眠,因此只能在进程上下文使用(_trylock的变种能够在中断上下文使用),而自旋锁适合于保持时间非常短的情况,它可以在任何上下文使用。

  如果被保护的共享资源只在进程上下文访问,使用信号量保护该共享资源非常合适,如果对共巷资源的访问时间非常短,自旋锁也可以。但是如果被保护的共享资源需要在中断上下文访问(包括底半部即中断处理句柄和顶半部即软中断),就必须使用自旋锁。

  自旋锁保持期间是抢占失效的,而信号量和读写信号量保持期间是可以被抢占的。自旋锁只有在内核可抢占或SMP的情况下才真正需要,在单CPU且不可抢占的内核下,自旋锁的所有操作都是空操作。

  跟互斥锁一样,一个执行单元要想访问被自旋锁保护的共享资源,必须先得到锁,在访问完共享资源后,必须释放锁。如果在获取自旋锁时,没有任何执行单元保持该锁,那么将立即得到锁;如果在获取自旋锁时锁已经有保持者,那么获取锁操作将自旋在那里,直到该自旋锁的保持者释放了锁。

  无论是互斥锁,还是自旋锁,在任何时刻,最多只能有一个保持者,也就说,在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。

  自旋锁的API有:

spin_lock_init(x)

  该宏用于初始化自旋锁x。自旋锁在真正使用前必须先初始化。该宏用于动态初始化。

DEFINE_SPINLOCK(x)

  该宏声明一个自旋锁x并初始化它。该宏在2.6.11中第一次被定义,在先前的内核中并没有该宏。

SPIN_LOCK_UNLOCKED

  该宏用于静态初始化一个自旋锁。

DEFINE_SPINLOCK(x)等同于spinlock_t x = SPIN_LOCK_UNLOCKED
spin_is_locked(x)

  该宏用于判断自旋锁x是否已经被某执行单元保持(即被锁),如果是,返回真,否则返回假。

spin_unlock_wait(x)

  该宏用于等待自旋锁x变得没有被任何执行单元保持,如果没有任何执行单元保持该自旋锁,该宏立即返回,否则将循环在那里,直到该自旋锁被保持者释放。

spin_trylock(lock)

  该宏尽力获得自旋锁lock,如果能立即获得锁,它获得锁并返回真,否则不能立即获得锁,立即返回假。它不会自旋等待lock被释放。

spin_lock(lock)

  该宏用于获得自旋锁lock,如果能够立即获得锁,它就马上返回,否则,它将自旋在那里,直到该自旋锁的保持者释放,这时,它获得锁并返回。总之,只有它获得锁才返回。

spin_lock_irqsave(lock, flags)

  该宏获得自旋锁的同时把标志寄存器的值保存到变量flags中并失效本地中断。

spin_lock_irq(lock)

  该宏类似于spin_lock_irqsave,只是该宏不保存标志寄存器的值。

spin_lock_bh(lock)

  该宏在得到自旋锁的同时失效本地软中断。

spin_unlock(lock)

  该宏释放自旋锁lock,它与spin_trylock或spin_lock配对使用。如果spin_trylock返回假,表明没有获得自旋锁,因此不必使用spin_unlock释放。

spin_unlock_irqrestore(lock, flags)

  该宏释放自旋锁lock的同时,也恢复标志寄存器的值为变量flags保存的值。它与spin_lock_irqsave配对使用。

spin_unlock_irq(lock)

  该宏释放自旋锁lock的同时,也使能本地中断。它与spin_lock_irq配对应用。

spin_unlock_bh(lock)

  该宏释放自旋锁lock的同时,也使能本地的软中断。它与spin_lock_bh配对使用。

spin_trylock_irqsave(lock, flags)

作者:赵彪责任编辑:原野)

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