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锁定课程

课程 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);

以上总是安全的。它将_本地_禁用中断，但是自旋锁本身会保证全局锁，因此它将保证在由该锁保护的区域中只有一个控制线程。即使在 UP 下也能很好地工作，因此代码_无需_担心 UP 与 SMP 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

  1. 获取操作。

  2. 释放操作。

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

这实际上是关于自旋锁的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可能之前没有注意到的区域，因为您必须确保自旋锁正确地保护共享数据结构**在它们被使用的每个地方**。 自旋锁最容易添加到与其他代码完全独立的地方（例如，从未有人接触过的内部驱动程序数据结构）。

注意！ 仅当您**还**使用锁本身跨 CPU 进行锁定时，自旋锁才是安全的，这意味着访问共享变量的**所有**内容都必须就它们想要使用的自旋锁达成一致。

课程 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，您通常倾向于主要从共享变量中读取数据，则自旋锁的读者-写者锁（rw_lock）版本有时很有用。 它们允许多个读者同时位于同一临界区中，但是如果有人想要更改变量，则必须获得独占写锁。

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复杂的数据结构（如链表）很有用，尤其是搜索条目而无需更改列表本身。 读锁允许多个并发读者。 任何**更改**列表的内容都必须获得写锁。

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）。

另外，您不能将读锁“升级”为写锁，因此，如果在_任何_时候需要进行任何更改（即使您不是每次都这样做），则必须在一开始就获得写锁。

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

课程 3：重新审视自旋锁。

上面的单个自旋锁原语绝不是唯一的。 它们是最安全的，并且是在所有情况下都适用的，但是在某种程度上**因为**它们是安全的，所以它们也相当慢。 它们比需要的慢，因为它们确实必须禁用中断（这只是 x86 上的单个指令，但是这是一个昂贵的指令 - 并且在其他体系结构上可能会更糟）。

如果您需要在多个 CPU 之间保护数据结构，并且想要使用自旋锁，则可能会使用更便宜的自旋锁版本。 仅当您知道自旋锁永远不会在中断处理程序中使用时，才能使用非 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”进行操作，即不涉及中断，则这很有用。

如果您有中断来使用自旋锁，则不得使用这些版本的原因是您可能会遇到死锁

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

其中一个中断尝试锁定一个已经锁定的变量。 如果另一个中断发生在另一个 CPU 上，这是可以的，但是如果中断发生在已经持有锁的同一 CPU 上，则这是_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，并且持锁者被中断中断，并且在中断被处理之前不会继续）。

（这也是自旋锁的 irq 版本只需要禁用_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，因此持锁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()。