spin-lock技术与应用

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1、Spin-lock技术及应用在LinuxKernel里有着许多重要的资料结构，这些资料在作业系统的运作中扮演着举足轻重的角色。然而，Linux是个多任务的作业系统，也就是在同一时间里可以同时有许多的行程在执行，所以，很有可能某个行程在依序读取inodelist，同时却又有另一个在inodelist里加入新的inode，这会造成什幺情形呢？这会造成inodelist的不稳定。所以，在Kernel里，我们需要一个机制，可以使得当我们在修改某个重要的资料结构时，不能被中断，即使被中断了，这个资料结构由于还没修改完，别的行程也都不能去读取和修改它。

2、LinuxKernel提供了spinlock这个机制可以使我们做到这样的功能。有的人会想到当我们在修改某个重要的资料结构时，将中断都disable掉就好了，等修改完了再将中断enable不就得了，何必还要再提供一个spinlock来做同样的事。在uni-processor的环境底下，的确是如此。所谓uni-processor就是指只有一个CPU的电脑，但是在SMP的环境下就不是这幺一回事了。我们知道现在Linux已经有支持SMP，也就是可以使用多颗CPU来加快系统的速度，如果当我们在修改重要的资料结构时，将执行修改工作的CPU中断disab

3、le掉的话，只有目前的这个CPU的执行不会被中断，在SMP环境下，还有别的CPU正同时运作，如果别的CPU也去修改这个资料结构的话，就会造成同时有两个CPU在修改它，不稳定性就会产生。解决方法是将全部的CPU中断都disable掉，等修改完之后，再全部都enable起来。但是这样的做法其cost会很大，整个系统的效能会down下来。因此，LinuxKernel才会提供spinlock这样的机制，它不会将全部CPU的中断disable掉，所以效率比上述的方法好，但同时却又能确保资料的稳定性，不会有某个行程在修改它，另外又有一个行程在读取或修改

4、它的情形发生。在这篇文章中，我将会介绍Kernel提供用来使用spinlock的function。除此之外，我还会告诉各位，为何在SMP的环境里，使用spinlock会比将所有CPU的中断disable这个方法来的有效率，我也会告诉各位如何针对不同的使用需求，使spinlock的cost再降低，进而使系统的效能更好。spinlock的资料结构spinlock的资料结构在Linux底下是以spinlock_t来表示的，在SMP和UP环境底下两者的栏位有一些差异，其实在UP底下spinlock_t可以说是一个空的结构，空就是空的，为何要说"可以

5、说是空的"呢？这是因为gcc版本的问题，gcc在2.8版以前结构的内容必须不能是空的，而在2.8版之后就可以，所以在UP环境底下，会根据gcc的版本而设定不同的spinlock_t结构栏位，但基本上，在UP环境底下，是根本不会用到spinlock_t结构里的栏位的，详情请见以下诸节即可了解。由于spinlock主要是用在SMP的环境底下，所以，以下我们就只针对在SMP环境底下的spinlock_t结构来讨论，它的结构内容是这样子的：      typedef struct {          volatile unsigned int l

6、ock;      } spinlock t;说穿了，不过就是一个unsignedint型别的变数而已，但可不要小看这小小的变数，螺丝钉虽小，功能却是不可忽视的。使用spinlock      spinlock t xxx lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;      unsigned long flags;      spin lock irqsave (&xxx lock, flags)          ...critical section...      spin unlock irqrestore (&xxx 

7、lock, flags)这一组的函式在使用上是最保险的，用的频率也算是最多的。首先在使用前，必须先宣告一个spinlock_t型别的变数，并把初始值设为SPIN_LOCK_UNLOCKED。除此之外，还必须有一个unsignedlong型别的变数，这个变数是用来将CPU的flag（旗标）储存起来的，等criticalsection执行完了，再把flag的值设回到系统里。使用上是很简单明白的。这两个function除了可以在SMP的环境下使用外，在UP的环境里也是同样可行的，接下来，我们来看看它们程序码是怎幺写的。在这个档案里定义了spin_

8、lock_irqsave()及spin_lock_irqrestore()这两个function。      #define spin_lock_irqsave(lock，fla