linux 內核自旋鎖spinlock實現詳解(基於ARM處理器)

1、自旋鎖結構

typedef struct {
union {
u32 slock;
struct __raw_tickets {
#ifdef __ARMEB__
u16 next; ------ 下一個可以獲取自旋鎖的處理器，處理器請求自旋鎖的時候會保存該值並對該值加1，然後與owner比較，檢查是否可以獲取到自旋鎖，每請求一次next都加1
u16 owner; ------ 當前獲取到/可以獲取自旋鎖的處理器，沒釋放一次都加1，這樣next與owner就保存一致
#else
u16 owner;
u16 next;
#endif
} tickets;
};
} arch_spinlock_t;

2、獲取自旋鎖

static inline void arch_spin_lock(arch_spinlock_t *lock)
{
unsigned long tmp;
u32 newval;
arch_spinlock_t lockval;


prefetchw(&lock->slock);
__asm__ __volatile__(
"1: ldrex %0, [%3]\n" ------ lockval = lock->slock (如果lock->slock沒有被其他處理器獨佔，則標記當前執行處理器對lock->slock地址的獨佔訪問；否則不影響)
" add %1, %0, %4\n"------ newval = lockval + (1 << TICKET_SHIFT)
" strex %2, %1, [%3]\n" ------ strex tmp, newval, [&lock->slock] (如果當前執行處理器沒有獨佔lock->slock地址的訪問，不進行存儲，返回1；如果當前處理器已經獨佔lock->slock內存訪問，則對內存進行寫，返回0，清除獨佔標記) lock->tickets.next = lock->tickets.next + 1
" teq %2, #0\n"------ 檢查是否寫入成功lockval.tickets.next
" bne 1b"
: "=&r" (lockval), "=&r" (newval), "=&r" (tmp)
: "r" (&lock->slock), "I" (1 << TICKET_SHIFT)
: "cc");


while (lockval.tickets.next != lockval.tickets.owner) {------ 初始化時lock->tickets.owner、lock->tickets.next都爲0，假設第一次執行arch_spin_lock，lockval = *lock，lock->tickets.next++，lockval.tickets.next等於lockval.tickets.owner，獲取到自旋鎖；自旋鎖未釋放，第二次執行的時候，lock->tickets.owner = 0, lock->tickets.next = 1，拷貝到lockval後，lockval.tickets.next != lockval.tickets.owner，會執行wfe等待被自旋鎖釋放被喚醒，自旋鎖釋放時會執行lock->tickets.owner++，lockval.tickets.owner重新賦值
wfe(); ------ 暫時中斷掛起執行
lockval.tickets.owner = ACCESS_ONCE(lock->tickets.owner);------ 重新讀取lock->tickets.owner
}


smp_mb();
}

3、釋放自旋鎖

static inline void arch_spin_unlock(arch_spinlock_t *lock)
{
smp_mb();
lock->tickets.owner++; ------ lock->tickets.owner增加1，下一個被喚醒的處理器會檢查該值是否與自己的lockval.tickets.next相等，lock->tickets.owner代表可以獲取的自旋鎖的處理器，lock->tickets.next你一個可以獲取的自旋鎖的owner；處理器獲取自旋鎖時，會先讀取lock->tickets.next用於與lock->tickets.owner比較並且對lock->tickets.next加1，下一個處理器獲取到的lock->tickets.next就與當前處理器不一致了，兩個處理器都與lock->tickets.owner比較，肯定只有一個處理器會相等，自旋鎖釋放時時對lock->tickets.owner加1計算，因此，先申請自旋鎖多處理器lock->tickets.next值更新，自然先獲取到自旋鎖
dsb_sev(); ------ 執行sev指令，喚醒wfe等待的處理器
}