spin_lock浅析
今天我们详细了解一下spin_lock在内核中代码实现，我们总共分析四个项目：
1．spinlock_t的定义分析：
首先来看一下spinlock_t的定义：
typedef struct {
raw_spinlock_t raw_lock;
#if defined(CONFIG_PREEMPT) &&defined(CONFIG_SMP)
unsigned int break_lock;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK
unsigned int magic, owner_cpu;
void *owner;
#endif
} spinlock_t;
从上面代码来分析一个完整的spinlock_t的结构有5个成员：raw_lock/ break_lock/ magic/ owner_cpu/ owner，但是这5个成员都没有初始值，所以显然要一个函数去初始化它们。
2. spin_lock_init函数分析
我们通常用spinlock_tlock来定义一把自旋锁，然后要初始化自旋锁通过函数spin_lock_init(&lock);这个函数的定义为
/**********************************************************************/
#define spin_lock_init(lock) do { *(lock) = SPIN_LOCK_UNLOCKED; } while(0)
/**********************************************************************/
从代码分析，所谓初始化就是把一个unlock宏的值赋给lock，从字面的意思来看就是把锁初始化为解锁，那么我们再追踪这个宏的定义：
# defineSPIN_LOCK_UNLOCKED /
(spinlock_t) { .raw_lock= __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED, /
.magic= SPINLOCK_MAGIC, /
.owner= SPINLOCK_OWNER_INIT, /
.owner_cpu= -1 }
这样就很清晰了，初始化的目的就是把spinlock_t中的各个成员赋了初始值。
第一个成员raw_lock被赋予了__RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED是什么意思呢，继续追踪，这个宏在include/linuxspinlock_types_up.h中定义的为：
#define __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED { 1 } 所以锁初始化时是把成员raw_lock赋值为1，即解锁状态。其他的初始值的含义我尚不了解
3. 加锁宏spin_lock(lock)宏的分析：
宏的定义如下：
#define spin_lock(lock) _spin_lock(lock)
继续追踪其中的函数_spin_lock(lock)定义如下：
void __lockfunc _spin_lock(spinlock_t*lock)
{
preempt_disable();
_raw_spin_lock(lock);
}
这个函数核心就是_raw_spin_lock函数，柯南继续追踪：
void _raw_spin_lock(spinlock_t *lock)
{
debug_spin_lock_before(lock);
if(unlikely(!__raw_spin_trylock(&lock->raw_lock)))
__spin_lock_debug(lock);
debug_spin_lock_after(lock);
}
Debug的不管，那么核心函数就是__spin_lock_debug(lock)，快去看看它的定义吧:
static void __spin_lock_debug(spinlock_t*lock)
{
intprint_once = 1;
u64i;
for(;;) {
for(i = 0; i < loops_per_jiffy * HZ; i++) {
cpu_relax();//空函数，不知道用意是什么
if(__raw_spin_trylock(&lock->raw_lock))
return;
}
/*lockup suspected: */
if(print_once) {
print_once= 0;
printk("BUG:spinlock lockup on CPU#%d, %s/%d, %p/n",
smp_processor_id(),current->comm, current->pid,
lock);
dump_stack();
}
}
}
哈哈，看到for (;;)就知道死循环了，那么自旋锁很明显时不会让出CPU的，除非它能够加锁成功，否则就一直自旋吧！其中HZ是CPU相关的，一个CPU时钟每秒中跳动HZ次，这个值就是一个jiffes值。对于ARM来说1秒跳动100次，HZ为100，对于X86/PPC: 1000。loops_per_jiffy= (1<<12)，转化十进制为4096。两个相乘的含义就是每个jiffes中进行4096次循环，而一秒钟里面用HZ个jiffes，两个值相乘得到的就是1秒钟进行循环的次数。从这个for循环来看，就是在1秒内不断循环进行__raw_spin_trylock动作（），如果成功就跳出死循环，如果不成功就继续循环了，这样就完成了自旋的功能，而且进程不会睡眠。
static inline int __raw_spin_trylock(raw_spinlock_t *lock){
unsigned long tmp;
__asm__ __volatile__(
" ldrex %0, [%1]\n"
" teq %0, #0\n"
" strexeq %0, %2, [%1]"
: "=&r" (tmp)
: "r" (&lock->lock), "r" (1)
: "cc");
if (tmp == 0) {
smp_mb();
return 1;
} else {
return 0;
}
}
ARM指令LDREX和STREX可以保证在两条指令之间进行的取值-测试操作的原子性，假设有进程A和B都试图调用上述函数获得写入锁，那么谁先执行LDREX指令谁将先获得锁。 首先这段汇编是AT&T内联汇编，首先%0代表=&r" (tmp)，%1代表 "r" (&lock->lock)，%2代表 "r" (1)，以此类推，这样的话首先从lock中把值取出来，放到tmp里面，然后用测试指令比较tmp是否为0，如果是0代表代表没有人获得锁。然后使用strex指令把lock的值设为1，获取锁。如果lock的值不为0，表明之前该锁已经被被其他的进程所使用，那么该进程将自旋。
4. 加锁宏spin_lock(lock)宏的分析：
#define spin_unlock(lock) _spin_unlock(lock)
无需多言
void __lockfunc _spin_unlock(spinlock_t*lock)
{
_raw_spin_unlock(lock);
preempt_enable();
}
这个函数中先调用_raw_spin_unlock，然后preempt_enable（什么含义，fixme）。
void _raw_spin_unlock(spinlock_t *lock)
{
debug_spin_unlock(lock);
__raw_spin_unlock(&lock->raw_lock);
}
继续追踪__raw_spin_unlock(&lock->raw_lock)内核真的很能绕弯子，大家慢慢习惯了
static inline void __raw_spin_unlock(raw_spinlock_t *lock){
smp_mb();
__asm__ __volatile__(
" str %1, [%0]"
:
: "r" (&lock->lock), "r" (0)
: "cc");
}
不就是给lock成员赋值0嘛，呵呵，解锁完成。
至此完成自旋锁的初步分析，基本脉络清楚了，代码中还有部分不了解含义，以后再研究，到此休息一下。