Linux系统内核的同步机制-自旋锁(1)

文章作者 100test 发表时间 2007:03:14 16:33:13
来源 100Test.Com百考试题网


自旋锁最多只能被一个可执行线程持有。自旋锁不会引起调用者睡眠,如果一个执行线程试图获得一个已经被持有的自旋锁,那么线程就会一直进行忙循环,一直等待下去,在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁,"自旋"一词就是因此而得名。

由于自旋锁使用者一般保持锁时间非常短,因此选择自旋而不是睡眠是非常必要的,自旋锁的效率远高于互斥锁。

信号量和读写信号量适合于保持时间较长的情况,它们会导致调用者睡眠,因此只能在进程上下文使用(_trylock的变种能够在中断上下文使用);而自旋锁适合于保持时间非常短的情况,因为一个被争用的自旋锁使得请求它的线程在等待重新可用时自旋,特别浪费处理时间,这是自旋锁的要害之处,所以自旋锁不应该被长时间持有。在实际应用中自旋锁代码只有几行,而持有自旋锁的时间也一般不会超过两次上下方切换,因线程一旦要进行切换,就至少花费切出切入两次,自旋锁的占用时间如果远远长于两次上下文切换,我们就可以让线程睡眠,这就失去了设计自旋锁的意义。

如果被保护的共享资源只在进程上下文访问,使用信号量保护该共享资源非常合适,如果对共享资源的访问时间非常短,自旋锁也可以。但是如果被保护的共享资源需要在中断上下文访问(包括底半部即中断处理句柄和顶半部即软中断),就必须使用自旋锁。

自旋锁保持期间是抢占失效的,而信号量和读写信号量保持期间是可以被抢占的。自旋锁只有在内核可抢占或SMP的情况下才真正需要,在单CPU且不可抢占的内核下,自旋锁的所有操作都是空操作。

一个执行单元要想访问被自旋锁保护的共享资源,必须先得到锁,在访问完共享资源后,必须释放锁。如果在获取自旋锁时,没有任何执行单元保持该锁,那么将立即得到锁;如果在获取自旋锁时锁已经有保持者,那么获取锁操作将自旋在那里,直到该自旋锁的保持者释放了锁。

无论是互斥锁,还是自旋锁,在任何时刻,最多只能有一个保持者,也就说,在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。自旋锁的实现和体系结构密切相关,代码一般通过汇编实现,定义在文件,实际用到的接口定义在文件夹 中, 自旋锁的API有:

CODE:spin_lock_init(x)

该宏用于初始化自旋锁x。自旋锁在真正使用前必须先初始化。该宏用于动态初始化指定的。

CODE:DEFINE_SPINLOCK(x)

该宏声明一个自旋锁x并初始化它。该宏在2.6.11中第一次被定义,在先前的内核中并没有该宏。

CODE:SPIN_LOCK_UNLOCKED

该宏用于静态初始化一个自旋锁。

CODE:DEFINE_SPINLOCK(x)等同于spinlock_t x = SPIN_LOCK_UNLOCKEDspin_is_locked(x) 

)

该宏用于判断自旋锁x是否已经被某执行单元保持(即被锁),如果是,返回真,否则返回假。

CODE:spin_unlock_wait(x)

该宏用于等待自旋锁x变得没有被任何执行单元保持,如果没有任何执行单元保持该自旋锁,该宏立即返回,否则将循环在那里,直到该自旋锁被保持者释放。

CODE:spin_trylock(lock)

该宏尽力获得自旋锁lock,如果能立即获得锁,它获得锁并返回真,否则不能立即获得锁,立即返回假。它不会自旋等待lock被释放。

CODE:spin_lock(lock)

该宏用于获得自旋锁lock,如果能够立即获得锁,它就马上返回,否则,它将自旋在那里,直到该自旋锁的保持者释放,这时,它获得锁并返回。总之,只有它获得锁才返回。

CODE:spin_lock_irqsave(lock, flags)

该宏获得自旋锁的同时把标志寄存器的值保存到变量flags中并失效本地中断。

CODE:spin_lock_irq(lock)


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