分析Linux中Spinlock在ARM及X86平台上的实现

作者：刘洪涛,华清远见嵌入式学院讲师.

本文主要以2.6.22.6内核分析Linux中spinlock在ARM及X86平台上的实现（不同版本的内核实现形式会有一些差异,但原理大致相同）.此处默认大家已经熟悉了spinlock的使用,重点解释容易引起迷惑的体系结构相关的实现部分.

一、spin_lock(lock)的实现

/***include/linux/spinlock.h中***/

#if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_DEBUG_SPINLOCK)
//如果配置了SMP或配置自旋锁调试功能
# include <linux/spinlock_api_smp.h>
#else //如果是单处理器且不配置自旋锁调试功能
# include <linux/spinlock_api_up.h>
#endif
……
#define spin_lock(lock) _spin_lock(lock)

1、如果是单处理器

/****include/linux/spinlock_api_up.h****/

#define _spin_lock(lock) __LOCK(lock)
#define __LOCK(lock)
do { preempt_disable(); __acquire(lock); (void)(lock); } while (0)

（1）preempt_disable()：禁止抢占
（2）__acquire(lock)：在include/linux/compiler.h中有定义
#ifdef __CHECKER__
……
# define __acquire(x) __context__(x,1)
# define __release(x) __context__(x,-1)
#else
……
# define __acquires(x)
# define __releases(x)

这是一对用于sparse对代码检测的相互关联的函数定义,第一句表示要增加变量x的计数,增加量为1,第二句则正好相反,这个是用来函数编译的过程中.如果在代码中出现了不平衡的状况,那么在Sparse的检测中就会报警.如果要使用Sparse检测功能就需要安装sparse工具（参考相关安装方法）,然后编译内核

#make zImage C=1 (C=1,只检测新编译的文件,C=2是查所有文件)
Sparse会定义__CHECKER__,如果你没有使用sparse工具,__acquire(lock)则定义为空

（3）(void)(lock)：通过插入一个变量本身的求值表达式,使编译器不再报警,如：“variable ''lock'' is defined but never used”.这种求值不会影响运行时的速度.

2、如果配置了SMP

/****include/linux/spinlock_api_smp.h中****/

void __lockfunc _spin_lock(spinlock_t *lock) __acquires(lock);

/***kernel/spinlock.c***/

void __lockfunc _spin_lock(spinlock_t *lock)
{
preempt_disable();
//关闭抢占
spin_acquire(&lock->dep_map, 0, 0, _RET_IP_);
//自旋锁调试用,在没有定义自旋锁调试的时候是空函数
_raw_spin_lock(lock);
}

/***include/linux/spinlock.h***/

#ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK
extern void _raw_spin_lock(spinlock_t *lock);//在lib/spinlock_debug.c中实现
#else //smp情况
# define _raw_spin_lock(lock) __raw_spin_lock(&(lock)->raw_lock)

3、__raw_spin_lock在ARM处理器上的实现

/******include/asm-arm/spinlock_types.h***/

typedef struct {
volatile unsigned int lock;
} raw_spinlock_t;

#define __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED { 0 }

/******include/asm-arm/spinlock.h***/

#if __LINUX_ARM_ARCH__ < 6
#error SMP not supported on pre-ARMv6 CPUs //ARMv6后,才有多核ARM处理器
#endif

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