Linux 内核 spin_lock 和spin_unlock

最新推荐文章于 2025-06-14 09:53:30 发布

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本文详细阐述了spin_lock在ARMv8架构中的具体实现方式，重点介绍了spin_lock和spin_unlock的功能及内部机制，通过源码分析揭示了其在内核中的高效同步原理。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1. spin_lock作为一种轻量级的同步机制，在内核应用广泛，本文将基于ARMv8讲述其具体实现。由于spin_lock家族比较庞大，不大算面面俱到的介绍每一个实现，重点介绍spin_lock和spin_unlock的实现。

include/linux/spinlock.h

static inline void spin_lock(spinlock_t *lock)
{
        raw_spin_lock(&lock->rlock);
}

static inline void spin_unlock(spinlock_t *lock)
{
        raw_spin_unlock(&lock->rlock);
}

#define raw_spin_lock(lock)     _raw_spin_lock(lock)

#define raw_spin_unlock(lock) _raw_spin_unlock(lock)

include/linux/spinlock_api_smp.h

void __lockfunc _raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock) __acquires(lock);

void __lockfunc _raw_spin_unlock(raw_spinlock_t *lock) __releases(lock);

kernel/spinlock.c

void __lockfunc _raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock)
{
__raw_spin_lock(lock);
}
EXPORT_SYMBOL(_raw_spin_lock);

void __lockfunc _raw_spin_unlock(raw_spinlock_t *lock)
{
__raw_spin_unlock(lock);
}
EXPORT_SYMBOL(_raw_spin_unlock);

include/linux/spinlock_api_smp.h

static inline void __raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock)
{
        preempt_disable();                          //禁止强占
        spin_acquire(&lock->dep_map, 0, 0, _RET_IP_);
        LOCK_CONTENDED(lock, do_raw_spin_trylock, do_raw_spin_lock);
}

static inline void __raw_spin_unlock(raw_spinlock_t *lock)
{
        spin_release(&lock->dep_map, 1, _RET_IP_);
        do_raw_spin_unlock(lock);
        preempt_enable();
}

include/linux/lockdep.h

#define LOCK_CONTENDED(_lock, try, lock)                        \
do {                                                            \
        if (!try(_lock)) {                                      \
                lock_contended(&(_lock)->dep_map, _RET_IP_);    \
                lock(_lock);                                    \
        }                                                       \
        lock_acquired(&(_lock)->dep_map, _RET_IP_);                     \
} while (0)

由以上函数调用可以看出spin_lock调用do_raw_spin_lock， spin_unlock调用do_raw_spin_unlock。

include/linux/spinlock.h

static inline void do_raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock) __acquires(lock)
{
        __acquire(lock);
        arch_spin_lock(&lock->raw_lock);
}
static inline void do_raw_spin_unlock(raw_spinlock_t *lock) __releases(lock)
{
        arch_spin_unlock(&lock->raw_lock);
        __release(lock);
}

2. Armv8 arch_spin_lock 和 arch_spin_unlock

41 static inline void arch_spin_lock(arch_spinlock_t *lock)
42 {
43         unsigned int tmp;
44
45         asm volatile(
46         "       sevl\n"
47         "1:     wfe\n"
48         "2:     ldaxr   %w0, %1\n"
49         "       cbnz    %w0, 1b\n"
50         "       stxr    %w0, %w2, %1\n"
51         "       cbnz    %w0, 2b\n"
52         : "=&r" (tmp), "+Q" (lock->lock)
53         : "r" (1)
54         : "cc", "memory");
55 }

46行，设置本地事件

47行，等待事件（可能进入低功耗状态）

48行，独占读取lock->lock

49行，如果不是0，跳转到47行，等待事件。如果是，继续执行。

50行，独占向lock->lock写入1.

51行，如果不成功，跳转到48行。如果成功结束。

73 static inline void arch_spin_unlock(arch_spinlock_t *lock)
74 {
75         asm volatile(
76         "       stlr    %w1, %0\n"
77         : "=Q" (lock->lock) : "r" (0) : "memory");
78 }

76行，向lock->lock写入0；会发出唤醒事件。