[内核同步]自旋锁spin_lock、spin_lock_irq 和 spin_lock_irqsave 分析

最新推荐文章于 2025-03-19 05:25:54 发布

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分类专栏： 2024年程序员学习文章标签：物联网嵌入式硬件面试

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在Linux内核中何时使用spin_lock，何时使用spin_lock_irqsave很容易混淆。首先看一下代码是如何实现的。

spin_lock

spin_lock -----> raw_spin_lock

1 static inline void __raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock) 
2 { 
3  preempt\_disable(); 
4         spin_acquire(&lock->dep_map, 0, 0, \_RET\_IP\_); 
5         LOCK_CONTENDED(lock, do\_raw\_spin\_trylock, do\_raw\_spin\_lock); 
6 }

只禁止内核抢占，不会关闭本地中断
为何需要关闭内核抢占：假如进程A获得spin_lock->进程B抢占进程A->进程B尝试获取spin_lock->由于进程B优先级比进程A高，先于A运行，而进程B又需要A unlock才得以运行，这样死锁。所以这里需要关闭抢占。这个原理RTOS的mutex/semaphore是否相同？

a. 因为ThreadX的semaphore，假如进程B获取sema失败，会一直等待，直到A进程释放，不会死锁。

b. Mutex: mutex获取一旦失败，进程会进入sleep，直到其他进程释放；而spin_lock则不同，会一直轮训访问，且直到时间片耗完。

spin_lock_irq

spin_lock_irq------> raw_spin_lock_irq

1 static inline void __raw_spin_lock_irq(raw_spinlock_t *lock) 
2 { 
3  local\_irq\_disable(); 
4  preempt\_disable(); 
5         spin_acquire(&lock->dep_map, 0, 0, \_RET\_IP\_); 
6         LOCK_CONTENDED(lock, do\_raw\_spin\_trylock, do\_raw\_spin\_lock); 
7 }

禁止内核抢占，且关闭本地中断
那么在spin_lock中关闭了内核抢占，不关闭中断会出现什么情况呢？假如中断中也想获得这个锁，会出现和spin_lock中举得例子相同。所以这个时候，在进程A获取lock之后，使用spin_lock_irq将中断禁止，就不会出现死锁的情况
在任何情况下使用spin_lock_irq都是安全的。因为它既禁止本地中断，又禁止内核抢占。
spin_lock比spin_lock_irq速度快，但是它并不是任何情况下都是安全的。

spin_lock_irqsave

spin_lock_irqsave------>__raw_spin_lock_irqsave

 1 static inline unsigned long __raw_spin_lock_irqsave(raw_spinlock_t *lock)
 2 {
 3     unsigned long flags;
 4 
 5  local\_irq\_save(flags);
 6  preempt\_disable();
 7     spin_acquire(&lock->dep_map, 0, 0, \_RET\_IP\_);
 8     /\*
 9  \* On lockdep we dont want the hand-coded irq-enable of
10  \* do\_raw\_spin\_lock\_flags() code, because lockdep assumes
11  \* that interrupts are not re-enabled during lock-acquire:
12      \*/
13 #ifdef CONFIG\_LOCKDEP
14     LOCK_CONTENDED(lock, do\_raw\_spin\_trylock, do\_raw\_spin\_lock);
15 #else
16     do_raw_spin_lock_flags(lock, &flags);
17 #endif
18     return flags;
19 }

禁止内核抢占，关闭中断，保存中断状态寄存器的标志位
spin_lock_irqsave在锁返回时，之前开的中断，之后也是开的；之前关，之后也是关。但是spin_lock_irq则不管之前的开还是关，返回时都是开的(?)。
spin_lock_irq在自旋的时候，不会保存当前的中断标志寄存器，只会在自旋结束后，将之前的中断打开。

1. spin_lock/spin_unlock:

进程A中调用了spin_lock（&lock）然后进入临界区，此时来了一个中断(interrupt），该中断也运行在和进程A相同的CPU上，并且在该中断处理程序中恰巧也会spin_lock(&lock)，试图获取同一个锁。由于是在同一个CPU上被中断，进程A会被设置为TASK_INTERRUPT状态，中断处理程序无法获得锁，会不停的忙等，由于进程A被设置为中断状态，schedule()进程调度就无法再调度进程A运行，这样就导致了死锁！

但是如果该中断处理程序运行在不同的CPU上就不会触发死锁。因为在不同的CPU上出现中断不会导致进程A的状态被设为TASK_INTERRUPT，只是换出。当中断处理程序忙等被换出后，进程A还是有机会获得CPU，执行并退出临界区。所以在使用spin_lock时要明确知道该锁不会在中断处理程序中使用。

2. spin_lock_irq/spin_unlock_irq

spin_lock_irq----->raw_spin_lock_irq

spin_lock_irq 和 spin_unlock_irq, 如果你确定在获取锁之前本地中断是开启的，那么就不需要保存中断状态，解锁的时候直接将本地中断启用就可以啦

3. spin_lock_irqsave/spin_unlock_irqrestore

使用spin_lock_irqsave在于你不期望在离开临界区后，改变中断的开启/关闭状态！进入临界区是关闭的，离开后它同样应该是关闭的！

如果自旋锁在中断处理函数中被用到，那么在获取该锁之前需要关闭本地中断，spin_lock_irqsave 只是下列动作的一个便利接口：
1 保存本地中断状态(这里的本地即当前的cpu的所有中断)
2 关闭本地中断
3 获取自旋锁
解锁时通过 spin_unlock_irqrestore完成释放锁、恢复本地中断到之前的状态等工作

参考微博：

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