ARM命令LDREX和STREX实现spinlock

在 include/asm-arm/spinlock.h 下有這麼一段

#if __LINUX_ARM_ARCH__ < 6
#error SMP not supported on pre-ARMv6 CPUs
#endif

好啦，前提就是：只有 ARM core 版本 >=6 才可以繼續：

all spin lock primitives 到最後都是使用下面這個基本型： 

static inline void __raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock)
{
    unsigned long tmp;

1      __asm__ __volatile__(
2"1:    ldrex    %0, [%1]\n"
3"    teq    %0, #0\n"
4"    strexeq    %0, %2, [%1]\n"
5"    teqeq    %0, #0\n"
6"    bne    1b"
7   : "=&r" (tmp)
8  : "r" (&lock->lock), "r" (1)
9 : "cc");

    smp_mb();
}

[指令重點]:

ldrex 指令是 core 6 以後才有的，跟 strex 配成一對指令，可以請 bus 監控從 ldrex 到 strex 之間有無其他的 CPU 或 DMA 來存取這個位址 ，若有的話，strex 會在第一個 register 裡設定值為 1(non-exclusive by this CPU) 並且令 store 動作失敗，若沒有，strex 會在第一個 register 裡設定值為 0(exclusive access by this CPU) 並且令 store 動作成功。

Code Trace Discussion: 

Line 1: __volatile__ 告訴 compiler ，不要對這塊 assembly template 做最佳化動作，因為我們裡面有 loop 讀取 memory 動作，最佳化的結果可能導致 compiler 用一個 register 來 cache 它的值，不會老老實實的去讀 memory... 呵呵，這不是我們想要的動作喔！

Line 2: 把 lock 讀到 tmp，並請 bus monitor 這個 memory

Line 3: 測試 lock 是否為 0，若非 0，表示 lock 已經被別人取得了，則 Line 4,5 都不做了，然後  Line 6 一定 branch，做 spin 的動作。若為 0，表示有機會取得 lock，繼續做 Line 4.5. 

Line 4: 重點來了！，核對 bus monitor 的結果，若是exclusive access 則 tmp 設為 0 並且把 1 儲存到 lock，若是 non-exclusive access（有其他 CPU 來動過) 則 tmp設為 1並且不做儲存 lock 的動作。

Line 5: 測試 tmp

Line 6: 若 tmp 為 0 表示剛剛對 lock 動作是 exclusive，可以離開迴圈，若 tmp 為 1，則做 spin 動作。

Line 7: tmp 用 register 來操作，同時是 input 及 output 令它為 %0

Line 8: &lock->lock 用 register 來操作 ，令它為 %1，值 1 用用 register 來操作 ，令它為 %2

Line 9: 此 template 會改到 condition code，加入 clobber list 以告訴 compiler 有這回事

好了，終於看完了，真的很佩服那些 coding 的 kernel hackers ....

思考問題： ARM v6 以前有個  SWP 指令可以 lock bus and swap memory ，一樣可以用來完成 exclusive access ，但是比起 ldrex,strex 這對指令有什麼缺點呢？

ANS： 用滑鼠反白下幾行

SWP lock bus，其他 CPU 所有動作都不能做，但是 ldrex,strex就不會有這種現象，使用 ldrex,strex 時若其他 CPU不來 access 這個特定的 memory 就可以平行的做動作，增加平行執行的 performance

原文链接：http://blog.roodo.com/use_the_force/archives/3420371.html.