分析Linux中Spinlock在A(yíng)RM及X86平臺上的實(shí)現

　　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，并且設置lock->lock這個(gè)內存地址為獨占訪(fǎng)問(wèn)

　　" teq %0, #0"

　　//測試lock_lock是否為0，影響標志位z

　　#ifdef CONFIG_CPU_32v6K

　　" wfene"

　　#endif

　　" strexeq %0, %2, [%1]"

　　//如果lock_lock是0，并且是獨占訪(fǎng)問(wèn)這個(gè)內存，就向lock->lock里寫(xiě)入1，并向tmp返回0，同時(shí)清除獨占標記

　　" 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(gè)符合，就在原地打轉

　　: "=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(huì )改變

　　smp_mb();

　　}

　　上述代碼關(guān)鍵在于LDREX和STREX指令的應用。DREX和STREX指令是在V6以后才出現的，代替了V6以前的swp指令?？梢宰宐us監控LDREX和STREX指令之間有無(wú)其它CPU和DMA來(lái)存取過(guò)這個(gè)地址，若有的話(huà)STREX指令的第一個(gè)寄存器里設置為1（動(dòng)作失?。?，若沒(méi)有，指令的第一個(gè)寄存器里設置為0（動(dòng)作成功）。

　　不僅是自旋鎖用到LDREX和STREX指令，信號量的實(shí)現也是利用LDREX和STREX指令來(lái)實(shí)現的。

　　4、__raw_spin_lock在X86處理器上的實(shí)現

　　/******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.跳轉到3f.3f后面沒(méi)有任何指令，即為退出

　　"2:t"

　　"rep;nopt"

　　//重復執行nop.nop是x86的小延遲函數

　　"cmpb $0,%0t"

　　"jle 2bt"

　　//如果lock->slock不大于0，跳轉到標號2，即繼續重復執行nop

　　"jmp 1b"

　　//如果lock->slock大于0，跳轉到標號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行期間對總線(xiàn)加鎖的手段。芯片上有一條引線(xiàn) 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(guò)匯編后的機器代碼就使得處理器執行該指令時(shí)把引線(xiàn) LOCK 的電位拉低，從而把總線(xiàn)鎖住，這樣其它處理器或使用DMA的外設暫時(shí)無(wú)法通過(guò)同一總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)內存。

　　jns 匯編指令檢查 EFLAGS 寄存器的 SF(符號)位，如果為 0，說(shuō)明 slock 原來(lái)的值為 1，則線(xiàn)程獲得鎖，然后跳到標簽 3 的位置結束本次函數調用。如果 SF 位為 1，說(shuō)明 slock 原來(lái)的值為 0 或負數，鎖已被占用。那么線(xiàn)程轉到標簽 2 處不斷測試 slock 與 0 的大小關(guān)系，假如 slock 小于或等于 0，跳轉到標簽 2 的位置繼續忙等待；假如 slock 大于 0，說(shuō)明鎖已被釋放，則跳轉到標簽 1 的位置重新申請鎖。

　　二、spin_unlock(lock)的實(shí)現

　　/***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(guò)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

　　/******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(xiě)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(jiǎn)單的給lock->lock里寫(xiě)0。

　　4、__raw_spin_unlock在X86處理器上的實(shí)現

　　/***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 函數僅僅執行一條匯編指令：將lock-> slock 置為 1。