分析Linux中Spinlock在ARM及X86平臺上的實(shí)現(xiàn)

　　static inline void __raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock)

　　{

　　unsigned long tmp;

　　__asm__ __volatile__(

　　"1: ldrex %0, [%1]"

　　//取lock->lock放在 tmp里，并且設(shè)置lock->lock這個內(nèi)存地址為獨(dú)占訪問

　　" teq %0, #0"

　　//測試lock_lock是否為0，影響標(biāo)志位z

　　#ifdef CONFIG_CPU_32v6K

　　" wfene"

　　#endif

　　" strexeq %0, %2, [%1]"

　　//如果lock_lock是0，并且是獨(dú)占訪問這個內(nèi)存，就向lock->lock里寫入1，并向tmp返回0，同時清除獨(dú)占標(biāo)記

　　" teqeq %0, #0"

　　//如果lock_lock是0，并且strexeq返回了0，表示加鎖成功，返回

　　" bne 1b"

　　//如果上面的條件(1：lock->lock里不為0，2：strexeq失敗)有一個符合，就在原地打轉(zhuǎn)

　　: "=r" (tmp) //%0：輸出放在tmp里，可以是任意寄存器

　　: "r" (lock->lock), "r" (1)

　　//%1：取lock->lock放在任意寄存器，%2：任意寄存器放入1

　　: "cc"); //狀態(tài)寄存器可能會改變

　　smp_mb();

　　}

　　上述代碼關(guān)鍵在于LDREX和STREX指令的應(yīng)用。DREX和STREX指令是在V6以后才出現(xiàn)的，代替了V6以前的swp指令。可以讓bus監(jiān)控LDREX和STREX指令之間有無其它CPU和DMA來存取過這個地址，若有的話STREX指令的第一個寄存器里設(shè)置為1（動作失?。?，若沒有，指令的第一個寄存器里設(shè)置為0（動作成功）。

　　不僅是自旋鎖用到LDREX和STREX指令，信號量的實(shí)現(xiàn)也是利用LDREX和STREX指令來實(shí)現(xiàn)的。

　　4、__raw_spin_lock在X86處理器上的實(shí)現(xiàn)

　　/******include/asm-i386/spinlock_types.h***/

　　typedef struct {

　　unsigned int slock;

　　} raw_spinlock_t;

　　#define __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED { 1 }

　　/******include/asm-i386/spinlock.h***/

　　static inline void __raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock)

　　{

　　asm volatile("1:t"

　　LOCK_PREFIX " ; decb %0t"

　　// lock->slock減1

　　"jns 3f"

　　//如果不為負(fù).跳轉(zhuǎn)到3f.3f后面沒有任何指令，即為退出

　　"2:t"

　　"rep;nopt"

　　//重復(fù)執(zhí)行nop.nop是x86的小延遲函數(shù)

　　"cmpb $0,%0t"

　　"jle 2bt"

　　//如果lock->slock不大于0，跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號2，即繼續(xù)重復(fù)執(zhí)行nop

　　"jmp 1b"

　　//如果lock->slock大于0，跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號1，重新判斷鎖的slock成員

　　"3:t"

　　: "+m" (lock->slock) : : "memory");

　　}

　　在多處理器環(huán)境中 LOCK_PREFIX 實(shí)際被定義為 “l(fā)ock”前綴。x86 處理器使用“l(fā)ock”前綴的方式提供了在指令執(zhí)行期間對總線加鎖的手段。芯片上有一條引線 LOCK，如果在一條匯編指令(ADD, ADC, AND, BTC, BTR, BTS, CMPXCHG, CMPXCH8B, DEC, INC, NEG, NOT, OR, SBB, SUB, XOR, XADD, XCHG)前加上“l(fā)ock” 前綴，經(jīng)過匯編后的機(jī)器代碼就使得處理器執(zhí)行該指令時把引線 LOCK 的電位拉低，從而把總線鎖住，這樣其它處理器或使用DMA的外設(shè)暫時無法通過同一總線訪問內(nèi)存。

　　jns 匯編指令檢查 EFLAGS 寄存器的 SF(符號)位，如果為 0，說明 slock 原來的值為 1，則線程獲得鎖，然后跳到標(biāo)簽 3 的位置結(jié)束本次函數(shù)調(diào)用。如果 SF 位為 1，說明 slock 原來的值為 0 或負(fù)數(shù)，鎖已被占用。那么線程轉(zhuǎn)到標(biāo)簽 2 處不斷測試 slock 與 0 的大小關(guān)系，假如 slock 小于或等于 0，跳轉(zhuǎn)到標(biāo)簽 2 的位置繼續(xù)忙等待；假如 slock 大于 0，說明鎖已被釋放，則跳轉(zhuǎn)到標(biāo)簽 1 的位置重新申請鎖。

　　二、spin_unlock(lock)的實(shí)現(xiàn)

　　/***include/linux/spinlock.h***/

　　#if defined(CONFIG_DEBUG_SPINLOCK) || defined(CONFIG_PREEMPT) ||

　　!defined(CONFIG_SMP)

　　# define spin_unlock(lock) _spin_unlock(lock)

　　……

　　#else

　　# define spin_unlock(lock)

　　do {__raw_spin_unlock((lock)->raw_lock); __release(lock); } while (0)

　　1、 如果是單處理器

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

　　#define _spin_unlock(lock) __UNLOCK(lock)

　　#define __UNLOCK(lock)

　　do { preempt_enable(); __release(lock); (void)(lock); } while (0)

　　完成前文的獲取鎖的逆過程

　　2、如果配置了SMP

　　# define spin_unlock(lock)

　　do {__raw_spin_unlock((lock)->raw_lock); __release(lock); } while (0)

　　3、__raw_spin_unlock在ARM處理器上的實(shí)現(xiàn)

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

　　static inline void __raw_spin_unlock(raw_spinlock_t *lock)

　　{

　　smp_mb();

　　__asm__ __volatile__(

　　" str %1, [%0]" // 向lock->lock里寫0，解鎖

　　#ifdef CONFIG_CPU_32v6K

　　" mcr p15, 0, %1, c7, c10, 4" /* DSB */

　　" sev"

　　#endif

　　:

　　: "r" (lock->lock), "r" (0) //%0取lock->lock放在任意寄存器，%1：任意寄存器放入0

　　: "cc");

　　}

　　__raw_spin_unlock只是簡單的給lock->lock里寫0。

　　4、__raw_spin_unlock在X86處理器上的實(shí)現(xiàn)

　　/***include/asm-i386/spinlock.h***/

　　static inline void __raw_spin_unlock(raw_spinlock_t *lock)

　　{

　　asm volatile("movb $1,%0" : "+m" (lock->slock) :: "memory");

　　}

　　__raw_spin_unlock 函數(shù)僅僅執(zhí)行一條匯編指令：將lock-> slock 置為 1。