六、Linux的同步与互斥机制

一、内联汇编

为什么使用内联汇编

• 为了更高效的操作。C语言中调用函数都会设计到各种入栈和出栈的操作，哪怕只是一个非常简单的函数。对于这样的函数，如果需要经常调用的话，写成汇编会提高代码的执行效率。
• 为了使用一些C语言不支持的汇编指令，比如 ldrex / strex 。

C语言内联汇编代码

• __asm__表示这是一段内联汇编代码
• 输出操作数 “=r” 表示这是一个early clobber（早早修改好了），编译器不能为了省事，自作聪明地对其进行优化，将其与输入共用寄存器。

二、原子操作

对于小于ARMv6架构的处理器，因为不支持SMP，所以Linux实现原子操作的方法是直接关中断。

对于大于等于ARMv6架构的处理器，Linux实现原子操作的方法是使用 LDREX / STREX 同步原语。注意 LDREX / STREX 要成对使用，LDREX加载数据并且标记访问地址为独占，STREX会判断独占标记，并根据标记进行操作，具体如下：

• 独占标记仍在时（表明操作未被抢占），写入新值，清除独占标记，RET = 0
• 独占标记不在了（表明操作被其它 LDREX /STREX 抢占了），则放弃写入，RET = 1

原子操作的原理就是，利用 LDREX / STREX 实现一个完整的“读-修改-写”的过程。如果写回的时候发现被抢占，则应重复“读-修改-写”的过程，直到操作成功为止（STREX的返回值为0）。Linux中的同步和互斥机制，都是基于原子操作来实现的。

三、Linux中的锁

Linux中的锁分为两类：自旋锁和休眠锁

自旋锁一开始是面向多CPU系统的，获取不到锁就原地打转，会占用CPU资源，所以自旋锁适合用在短暂等待的情况，比如别人可能很快就会释放锁的情况。对于自旋锁，根据CPU的情况，实现会不同：

• 多CPU时，使用原子变量实现
• 单CPU时，直接禁止调度，所以spin_lock退化成了preempt_disable（对于比较老的内核，由于本来就不支持抢占，所以spin_lock可以是一个空函数）。

休眠锁跟自旋锁不同，得不到的话就会休眠，不占用CPU资源。