锁的教训¶

教训 1：自旋锁¶

最基本的锁定原语是自旋锁

static DEFINE_SPINLOCK(xxx_lock);

      unsigned long flags;

      spin_lock_irqsave(&xxx_lock, flags);
      ... critical section here ..
      spin_unlock_irqrestore(&xxx_lock, flags);

以上操作始终是安全的。它会 _局部地_ 禁用中断，但自旋锁本身会保证全局锁，因此它会保证在由该锁保护的区域内只有一个控制线程。即使在 UP 下也能很好地工作，因此代码 _不必_ 担心 UP 与 SMP 的问题：自旋锁在两者下都能正确工作。

注意！自旋锁对内存的影响在以下文档中进一步描述：

Documentation/memory-barriers.txt

获取（ACQUIRE）操作。

释放（RELEASE）操作。

以上通常非常简单（对于大多数情况，您通常只需要一个自旋锁 - 使用多个自旋锁会使事情变得更加复杂甚至更慢，通常只有在您 **知道** 需要拆分序列时才值得这样做：如果您不确定，请不惜一切代价避免这样做）。

这确实是关于自旋锁唯一真正困难的部分：一旦您开始使用自旋锁，它们往往会扩展到您之前可能没有注意到的区域，因为您必须确保自旋锁在 **所有** 使用它们的共享数据结构的地方都正确保护了它们。自旋锁最容易添加到完全独立于其他代码的地方（例如，其他任何人都不会触及的内部驱动程序数据结构）。

注意！只有当您 **也** 使用锁本身在 CPU 之间进行锁定时，自旋锁才是安全的，这意味着接触共享变量的 **所有** 内容都必须同意他们想要使用的自旋锁。

教训 2：读者-写者自旋锁。¶

如果您的数据访问具有非常自然的模式，即您通常倾向于主要从共享变量读取，那么自旋锁的读者-写者锁（rw_lock）版本有时会很有用。它们允许多个读者同时处于同一个临界区，但是如果有人想更改变量，则必须获得独占的写锁。

注意！读者-写者锁比简单的自旋锁需要更多的原子内存操作。除非读者临界区很长，否则最好只使用自旋锁。

这些例程看起来与上面相同

rwlock_t xxx_lock = __RW_LOCK_UNLOCKED(xxx_lock);

     unsigned long flags;

     read_lock_irqsave(&xxx_lock, flags);
     .. critical section that only reads the info ...
     read_unlock_irqrestore(&xxx_lock, flags);

     write_lock_irqsave(&xxx_lock, flags);
     .. read and write exclusive access to the info ...
     write_unlock_irqrestore(&xxx_lock, flags);

以上类型的锁可能对于复杂的的数据结构（如链表）很有用，尤其是在不更改列表本身的情况下搜索条目时。读锁允许多个并发读取器。任何 **更改** 列表的操作都必须获得写锁。

注意！RCU 更适合列表遍历，但需要仔细注意设计细节（请参阅使用 RCU 保护主要用于读取的链表）。

此外，您不能将读锁“升级”为写锁，因此如果您在 _任何_ 时候需要进行任何更改（即使您不是每次都这样做），您都必须在最开始时获得写锁。

注意！我们正在努力在大多数情况下删除读者-写者自旋锁，因此请在没有达成共识的情况下不要添加新的自旋锁。（相反，请参阅 RCU 概念以获取完整信息。）

教训 3：重新审视自旋锁。¶

上面的单个自旋锁原语绝不是唯一的原语。它们是最安全的，也是在所有情况下都能工作的原语，但部分 **因为** 它们是安全的，所以它们也相当慢。它们比它们需要的慢，因为它们必须禁用中断（这在 x86 上只是一条指令，但它是一条代价高昂的指令 - 在其他架构上可能会更糟）。

如果您需要在多个 CPU 上保护数据结构，并且想要使用自旋锁，则可以潜在地使用更便宜的自旋锁版本。如果您知道自旋锁永远不会在中断处理程序中使用，则可以使用非 irq 版本

spin_lock(&lock);
...
spin_unlock(&lock);

（当然还有等效的读写版本）。自旋锁将保证相同的独占访问，并且速度会快得多。如果您知道所讨论的数据仅从“进程上下文”中操作，即不涉及中断，则此操作很有用。

如果您有与自旋锁一起使用的中断，则不能使用这些版本的原因是您可能会陷入死锁

spin_lock(&lock);
...
        <- interrupt comes in:
                spin_lock(&lock);

其中一个中断尝试锁定一个已锁定的变量。如果另一个中断发生在另一个 CPU 上，这是可以的，但如果中断发生在已持有锁的同一 CPU 上，这是 _不可以的_，因为锁显然永远不会被释放（因为中断正在等待锁，并且锁的持有者被中断中断，并且在中断处理完毕之前不会继续）。

（这也是 irq 版本的自旋锁只需要禁用 _本地_ 中断的原因 - 在其他 CPU 上的中断中使用自旋锁是可以的，因为另一个 CPU 上的中断不会中断持有锁的 CPU，因此锁持有者可以继续并最终释放锁）。

Linus

参考信息：¶

对于动态初始化，请根据需要使用 spin_lock_init() 或 rwlock_init()

spinlock_t xxx_lock;
rwlock_t xxx_rw_lock;

static int __init xxx_init(void)
{
     spin_lock_init(&xxx_lock);
     rwlock_init(&xxx_rw_lock);
     ...
}

module_init(xxx_init);

对于静态初始化，请根据需要使用 DEFINE_SPINLOCK() / DEFINE_RWLOCK() 或 __SPIN_LOCK_UNLOCKED() / __RW_LOCK_UNLOCKED()。

Linux 内核

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教训 1：自旋锁¶

教训 2：读者-写者自旋锁。¶

教训 3：重新审视自旋锁。¶

参考信息：¶