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自旋锁原理分析

1. 概念

自旋锁的目的是在短期间内进行轻量级的锁定,解决对某项共享资源的互斥使用,在等待锁重新可用期间进行自旋,所以自旋锁不应该被持有时间过长,如果需要长时间锁定的话,推荐使用信号量。实际操作的数据结构如下:
自旋锁原理分析

2. 获取锁

最终执行的代码是体系结构相关的自旋锁实现:arch_spin_lock。
自旋锁原理分析

3. 代码分析

static inline void arch_spin_lock(arch_spinlock_t *lock)
{
unsigned long tmp;
u32 newval;
arch_spinlock_t lockval;
// 处理器通知内存系统将对某个地址的内存进行读写
prefetchw(&lock->slock);
// 以独占的方式对 lock->tickets.next 执行 +1 操作
__asm__ __volatile__(
"1:  ldrex  %0, [%3]\n"
"  add  %1, %0, %4\n"
"  strex  %2, %1, [%3]\n"
"  teq  %2, #0\n"
"  bne  1b"
: "=&r" (lockval), "=&r" (newval), "=&r" (tmp)
: "r" (&lock->slock), "I" (1 << TICKET_SHIFT)
: "cc");
// 判断是否轮到自己拥有自旋锁
while (lockval.tickets.next != lockval.tickets.owner) {
// 将当前核心挂起等待其他核心发送信号,也就是等 SEV 指令
wfe();
// 读取自旋锁中的 lock->tickets.owner
lockval.tickets.owner = ACCESS_ONCE(lock->tickets.owner);
}
// 数据同步
smp_mb();
}

4. 释放锁

最终执行的代码是体系结构相关的自旋锁实现:arch_spin_unlock。
自旋锁原理分析

5. 代码分析

static inline void arch_spin_unlock(arch_spinlock_t *lock)
{
// 数据同步
smp_mb();
// 将自旋锁交给下一个使用者
lock->tickets.owner++;
// 先进行数据同步,然后给其他核心发信号
dsb_sev();
}

6. 总结

自旋锁底层实现依赖于体系结构相关的汇编指令,在进行自旋锁操作时,使用独占指令LDREX/STREX;在自旋时使用指令WFE将当前核心挂起,等待被唤醒;当核心在释放自旋锁时,使用SEV指令通知其他所有核心。

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