Linux内核spin_lock、spin_lock_irq 和 spin_lock_irqsave 分析

本文详细解释了Linux内核中spin_lock与spin_lock_irq的区别及其应用场景。spin_lock_irq相较于spin_lock多了中断禁用功能,因此更为安全但也稍慢一些。文章通过实例说明了在不同场景下如何选择合适的自旋锁。

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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的调用关系

     spin_lock 

            |

           + ----->  raw_spin_lock 


[cpp]  view plain copy
  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. }  

spin_lock_irq的调用关系

    spin_lock_irq

                |

               +-------> raw_spin_lock_irq


[cpp]  view plain copy
  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. }  

可以看出来他们两者只有一个差别:是否调用local_irq_disable()函数, 即是否禁止本地中断。

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。

举个例子: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。

====================

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
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

--------------------

还有一对 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

<think>好的,用户想了解spin_lock_irqsavespin_lock之间的区别。根据提供的引用内容,我需要先整理两者的主要差异。首先,spin_lock_irqsave会在获取锁之前禁用本地中断,并保存中断状态,而spin_lock可能不会处理中断。这可能涉及到中断上下文的处理,比如防止在锁持有期间被中断处理程序抢占,导致死锁。 引用中提到,spin_lock_irqsave的代码示例中调用了local_irq_disable()preempt_disable(),这说明它确实会关闭中断抢占。而spin_lock可能只处理抢占,不关中断。这可能导致在中断处理函数中使用spin_lock时,如果同一个锁在中断中被争夺,就会死锁。所以spin_lock_irqsave更适合在可能被中断上下文访问的共享资源上使用。 另外,用户提到的性能问题,引用[2]指出spin_lock_irqsave能不用就不用,因为关闭中断会影响系统响应性能。但正确使用需要开发者有足够经验,确保不会出现死锁。因此,两者的选择取决于是否可能被中断处理程序访问,以及开发者对代码路径的掌控程度。 需要进一步解释的是,spin_lock_irqsave保存中断状态是为了在释放锁后恢复之前的中断状态,而不是简单地开启中断,这可能在嵌套环境中很重要。而spin_lock不会修改中断状态,适用于确定不会有中断竞争的情况。 总结区别点:中断处理、状态保存、使用场景。同时要生成相关问题,可能涉及何时选择哪种锁,或者错误使用导致的后果等。</think>### spin_lock_irqsavespin_lock 的区别分析Linux 内核同步机制中,`spin_lock_irqsave` `spin_lock` 的主要差异体现在 **中断控制** **使用场景** 上: 1. **中断处理机制** - `spin_lock` 仅通过关闭内核抢占(`preempt_disable()`)来保护临界区,但 **不关闭本地 CPU 中断**。若在中断上下文中存在对同一锁的竞争,可能导致死锁[^2]。 - `spin_lock_irqsave` 会在加锁前 **禁用本地 CPU 中断** 并保存中断状态,解锁时恢复原状态。其实现包含: ```c local_irq_save(flags); // 保存中断状态并禁用中断 preempt_disable(); // 关闭抢占 ``` 对应的解锁操作 `spin_unlock_irqrestore()` 会恢复中断状态[^3][^4]。 2. **状态保存与恢复** - `spin_lock_irqsave` 通过 `flags` 变量保存中断状态,确保临界区执行后恢复原有中断配置,适用于嵌套调用或不确定中断初始状态的场景[^3]。 - `spin_lock` 不涉及中断状态保存,因此必须确保调用时 **本地中断已启用**,否则可能引发不可预知行为。 3. **适用场景** - `spin_lock` 适用于 **线程上下文** 且确定 **无中断处理程序竞争同一锁** 的情况(如非中断共享的数据结构)[^2]。 - `spin_lock_irqsave` 用于 **可能被中断上下文访问的共享资源**(如中断处理函数与线程共享的缓冲区),避免中断重入导致的死锁[^1]。 #### 示例代码对比 ```c // 使用 spin_lock_irqsave unsigned long flags; spin_lock_irqsave(&lock, flags); // 禁用中断并保存状态 // 临界区操作 spin_unlock_irqrestore(&lock, flags); // 恢复中断状态 // 使用 spin_lock spin_lock(&lock); // 仅关闭抢占 // 临界区操作(假设无中断竞争) spin_unlock(&lock); ``` #### 性能与风险权衡 - `spin_lock` 的性能更高,但错误使用(如在中断可能竞争的场景)会导致死锁。 - `spin_lock_irqsave` 安全性更强,但禁用中断会增加延迟,影响实时性[^4]。
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