自旋锁
自旋锁
IRQL概念仅能解决单CPU上的同步问题，在多处理器平台上，它不能保证你的代码不被运行在其它处理器上的代码所干扰。一个称为自旋锁(spin lock)的原始对象可以解决这个问题。为了获得一个自旋锁，在某CPU上运行的代码需先执行一个原子操作，该操作测试并设置(test-and-set)某个内存变量，由于它是原子操作，所以在该操作完成之前其它CPU不可能访问这个内存变量。如果测试结果表明锁已经空闲，则程序获得这个自旋锁并继续执行。如果测试结果表明锁仍被占用，程序将在一个小的循环内重复这个“测试并设置(test-and-set)”操作，即开始“自旋”。最后，锁的所有者通过重置该变量释放这个自旋锁，于是，某个等待的test-and-set操作向其调用者报告锁已释放。
关于自旋锁有两个明显的事实。第一，如果一个已经拥有某个自旋锁的CPU想第二次获得这个自旋锁，则该CPU将死锁(deadlock)。自旋锁没有与其关联的“使用计数器”或“所有者标识”；锁或者被占用或者空闲。如果你在锁被占用时获取它，你将等待到该锁被释放。如果碰巧你的CPU已经拥有了该锁，那么用于释放锁的代码将得不到运行，因为你使CPU永远处于“测试并设置”某个内存变量的自旋状态。
关于自旋锁的另一个事实是，CPU在等待自旋锁时不做任何有用的工作，仅仅是等待。所以，为了避免影响性能，你应该在拥有自旋锁时做尽量少的操作，因为此时某个CPU可能正在等待这个自旋锁。
关于自旋锁还存在着一个不太明显但很重要的事实：你仅能在低于或等于DISPATCH_LEVEL级上请求自旋锁，在你拥有自旋锁期间，内核将把你的代码提升到DISPATCH_LEVEL级上运行。在内部，内核能在高于DISPATCH_LEVEL的级上获取自旋锁，但你和我都做不到这一点。
使用自旋锁
为了明确地使用一个自旋锁，首先要在非分页内存中为一个KSPIN_LOCK对象分配存储。然后调用KeInitializeSpinLock初始化这个对象。接着，当代码运行在低于或等于DISPATCH_LEVEL级上时获取这个锁，并执行需要保护的代码，最后释放自旋锁。例如，假设你的设备扩展中有一个名为QLock的自旋锁，你用它来保护你专用IRP队列的访问。你应该在AddDevice函数中初始化这个锁：
typedef struct _DEVICE_EXTENSION {
...
KSPIN_LOCK QLock;
} DEVICE_EXTENSION, *PDEVICE_EXTENSION;
...
NTSTATUS AddDevice(...)
{
...
PDEVICE_EXTENSION pdx = ...;
KeInitializeSpinLock(&pdx->QLock);
...
} |
在驱动程序的其它地方，假定就在某种IRP的派遣函数中，你在某些必须的队列操作代码周围获取了(并很快释放)该自旋锁。注意这个函数必须存在于非分页内存中，因为在某个时期它会执行在提升的IRQL上。
NTSTATUS DispatchSomething(...)
{
KIRQL oldirql;
PDEVICE_EXTENSION pdx = ...;
KeAcquireSpinLock(&pdx->QLock, &oldirql); <--1
...
KeReleaseSpinLock(&pdx->QLock, oldirql); <--2
} |
- 当KeAcquireSpinLock获取自旋锁时，它也把IRQL提升到DISPATCH_LEVEL级上。
- 当KeReleaseSpinLock释放自旋锁时，它也把IRQL降低到原来的IRQL级上。
如果你知道代码已经处在DISPATCH_LEVEL级上，你可以调用两个专用函数来获取自旋锁。这个技术适合于DPC、StartIo，和其它执行在DISPATCH_LEVEL级上的驱动程序例程：
KeAcquireSpinLockAtDpcLevel(&pdx->QLock); ... KeReleaseSpinLockFromDpcLevel(&pdx->QLock); |