spin_lock and semaphore

spin_lock, mutex, semaphore, wait_queue是几种常见的drive中用的同步与互斥用的方式

更多信息可以参考：

https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/people/rusty/kernel-locking/

一. spin_lock实现方式(linux 2.4)

code: include\asm-i386\Spinlock.h

typedef struct {
    volatile unsigned int lock;  //使用volatile修饰，使得编译器每次都从内存读写改值，而不是优化或者忽略，或者使用寄存器中的值
#if SPINLOCK_DEBUG
    unsigned magic;
#endif
} spinlock_t;
static inline void spin_lock(spinlock_t *lock)
{
    "\n1:\t" \
    "lock ; decb %0\n\t" \
    "js 2f\n" \
    ".section .text.lock,\"ax\"\n" \
    "2:\t" \
    "cmpb $0,%0\n\t" \
    "rep;nop\n\t" \
    "jle 2b\n\t" \
    "jmp 1b\n" \
    ".previous"
        :"=m" (lock->lock) : : "memory");
上述代码简略分析：

1) x86执行Lock指令，在多核处理器中，该指令能够保证某一核能够独占性的处理内存：In a multiprocessor environment, the LOCK# signal insures that the processor has exclusive use of any shared memory while the signal is asserted.

2). lock->lock变量减1 （声明中为volatile变量，则每次都从内存中读取该值，然后减1）

3). js 2f: 如果减1之后结果为negative，则跳转到2

4). 定义2的符号内容：比较lock->lock与0的大小

5). 如果小于0，则跳转到2

6). 否则则跳转到1中

上述执行过程中对asm的指令解析还是不完全正确，但是总的逻辑应该是：执行dec lock->lock，比较是否等于0，如果不等于0，则一直比较，直到等于0，则返回。其中Lock指令应该只在后续的一个执行周期内有效。

从上述代码中可以看出，spin_lock应该适用于多核处理器中的临界变量同步。

关键词：忙等，多处理器

从kernel_locking中的一些关于spin_lock的使用信息：

1. For kernels compiled withoutCONFIG_SMP, and withoutCONFIG_PREEMPTspinlocks do not exist at all.

2. You should always test your locking code withCONFIG_SMPandCONFIG_PREEMPTenabled,
   

二. atomic_add

code: include\asm-i386\Spinlock.h (Linux 2.4)

static __inline__ void atomic_add(int i, atomic_t *v)
{
    __asm__ __volatile__(
        LOCK "addl %1,%0"
        :"=m" (v->counter)
        :"ir" (i), "m" (v->counter));
}
1. 先执行Lock指令，让某一个processor唯一的使用某一内存

2. 执行addl指令

从这个可以看出，这个原子加运算对于多核处理器非常有效，且是原子操作，不会被别的运算打断(只有一条指令)

三. wait_queue_head

code: include\linux\Wait.h (linux 2.4)

struct __wait_queue_head {
    wq_lock_t lock;   //wq_lock_t should be spin_lock

    struct list_head task_list;
};
wait_queue_head代表一个等待队列，其中通过spin_lock或者rwlock_t来完成对列表(list_head task_list)的原子访问. 可以想象所有的操作都是基于list_head与lock的一些操作。

四. semaphore

code: include\asm-i386\Semaphore.h

struct semaphore {
    atomic_t count;
    int sleepers;
    wait_queue_head_t wait;
#endif
};
从kernel-locking中得到的信息：

1. 如果数据结果仅仅在用户空间使用，应该使用semaphore，而不是spin_lock
   

2. 
   

五. 关于Preemption:

non-preemption: 除了中断，你可以一直拥有CPU直到用完(ie. you had that CPU until you have it up, except for interrupts). Preemption是在2.5才加进来的。

Preemption: 在用户空间，高优先级任务可以打断正在进行的低优先级任务，spin_lock可以disable preemption.