内核同步方法之读写自旋锁

 

   当对某个数据结构的操作可以像这样被划分为读/写两种类别时，类似读/写锁这样的机制就很有用了。Linux的读写自旋锁为读和写分别提供了不同的锁，一个或多个读任务可以并发的持有读者锁；用于写的锁最多只能被一个写任务持有，而且此时不能有并发的读操作。有时候读写锁叫做共享排斥锁，或者并发排斥锁，因为这种锁以共享（对读者而言）和排斥（对写着而言）的形式获得使用。

1. /*
2.  * Read-write spinlocks, allowing multiple readers
3.  * but only one writer.
4. */

1. 在<Spinlock_types.h(include/linux)>中
2. typedef struct {
3.     raw_rwlock_t raw_lock;
4. #if defined(CONFIG_PREEMPT) && defined(CONFIG_SMP)
5.     unsigned int break_lock;
6. #endif
7. #ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK
8.     unsigned int magic, owner_cpu;
9.     void *owner;
10. #endif
11. #ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
12.     struct lockdep_map dep_map;
13. #endif
14. } rwlock_t;

 

1. 在<Spinlock.h(include/linux)>
2. #define write_lock(lock)        _write_lock(lock)
3. #define read_lock(lock)         _read_lock(lock)
5. 在<Spinlock_api_up.>
6. #define _read_lock(lock)            __LOCK(lock)
7. #define _write_lock(lock)           __LOCK(lock)
9. 在<hSpinlock.c(kernel)>
10. void __lockfunc _write_lock(rwlock_t *lock)
11. {
12.     preempt_disable();
13.     rwlock_acquire(lock->dep_map, 0, 0, _RET_IP_);
14.     _raw_write_lock(lock);
15. }

通常情况下，读锁和写锁会位于完全分割开的代码分支中。注意，不能把一个读锁“升级”为写锁。如下代码：

1. rwlock_t mr_rwlock = RW_LOCK_UNLOCK; 
2. read_lock(&mr_rwlock);
3. write_lock(&mr_rwlock);

将会带来死锁。因为写锁会不断的自旋，等待所有的读者释放锁，其中也包括它自己。所以当确实需要写操作时，要一开始就请求写锁。如果写和读不能清晰地分开的话，那么使用一般的自旋锁就行了，不要使用读写自旋锁。

   多个读者可以安全地获得同一个读锁，即使一个线程递归的获得同一个读锁也是安全的，这个特性是读写自旋锁真正成为一种有用并且常用的优化手段。如果中断处理程序中只有读操作而没有写操作，那么就可以混合使用“中断禁止”锁，使用read_lock()而不是read_lock_irqsave()对读进行保护。不过，还是需要write_lock_irqsave()禁止所有写操作的中断，否则，中断里的读操作就有可能锁死在写锁上。

 

读写自旋锁的方法：

 

1. #ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK
2.   extern void __spin_lock_init(spinlock_t *lock, const char *name,
3.                    struct lock_class_key *key);
4. # define spin_lock_init(lock)                   /
5. do {                                /
6.     static struct lock_class_key __key;         /
7.                                 /
8.     __spin_lock_init((lock), #lock, &__key);        /
9. } while (0)
11. #else
12. # define spin_lock_init(lock)                   /
13.     do { *(lock) = SPIN_LOCK_UNLOCKED; } while (0)
14. #endif
16. #ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK
17.   extern void __rwlock_init(rwlock_t *lock, const char *name,
18.                 struct lock_class_key *key);
19. # define rwlock_init(lock)                  /
20. do {                                /
21.     static struct lock_class_key __key;         /
22.                                 /
23.     __rwlock_init((lock), #lock, &__key);           /
24. } while (0)
25. #else
26. # define rwlock_init(lock)                  /
27.     do { *(lock) = RW_LOCK_UNLOCKED; } while (0)
28. #endif
30. #define spin_is_locked(lock)    __raw_spin_is_locked(&(lock)->raw_lock)
32. /**
33.  * spin_unlock_wait - wait until the spinlock gets unlocked
34.  * @lock: the spinlock in question.
35.  */
36. #define spin_unlock_wait(lock)  __raw_spin_unlock_wait(&(lock)->raw_lock)
38. #define read_trylock(lock)      __cond_lock(lock, _read_trylock(lock))
39. #define write_trylock(lock)     __cond_lock(lock, _write_trylock(lock))
42. #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_DEBUG_SPINLOCK)
44. #define read_lock_irqsave(lock, flags)  flags = _read_lock_irqsave(lock)
45. #define write_lock_irqsave(lock, flags) flags = _write_lock_irqsave(lock)
47. #else
49. #define read_lock_irqsave(lock, flags)  _read_lock_irqsave(lock, flags)
50. #define write_lock_irqsave(lock, flags) _write_lock_irqsave(lock, flags)
52. #endif
55. #define read_lock_irq(lock)     _read_lock_irq(lock)
56. #define read_lock_bh(lock)      _read_lock_bh(lock)
58. #define write_lock_irq(lock)        _write_lock_irq(lock)
59. #define write_lock_bh(lock)     _write_lock_bh(lock)
60. #define read_lock_irq(lock)     _read_lock_irq(lock)
61. #define read_lock_bh(lock)      _read_lock_bh(lock)
63. #define write_lock_irq(lock)        _write_lock_irq(lock)
64. #define write_lock_bh(lock)     _write_lock_bh(lock)
66. /*
67.  * We inline the unlock functions in the nondebug case:
68.  */
69. #if defined(CONFIG_DEBUG_SPINLOCK) || defined(CONFIG_PREEMPT) || /
70.     !defined(CONFIG_SMP)
71. # define read_unlock(lock)      _read_unlock(lock)
72. # define write_unlock(lock)     _write_unlock(lock)
73. # define spin_unlock_irq(lock)      _spin_unlock_irq(lock)
74. # define read_unlock_irq(lock)      _read_unlock_irq(lock)
75. # define write_unlock_irq(lock)     _write_unlock_irq(lock)
76. #else
77. # define read_unlock(lock) /
78.     do {__raw_read_unlock(&(lock)->raw_lock); __release(lock); } while (0)
79. # define write_unlock(lock) /
80.     do {__raw_write_unlock(&(lock)->raw_lock); __release(lock); } while (0)
81. # define spin_unlock_irq(lock)          /
82. do {                        /
83.     __raw_spin_unlock(&(lock)->raw_lock);   /
84.     __release(lock);            /
85.     local_irq_enable();         /
86. } while (0)
87. # define read_unlock_irq(lock)          /
88. do {                        /
89.     __raw_read_unlock(&(lock)->raw_lock);   /
90.     __release(lock);            /
91.     local_irq_enable();         /
92. } while (0)
93. # define write_unlock_irq(lock)         /
94. do {                        /
95.     __raw_write_unlock(&(lock)->raw_lock);  /
96.     __release(lock);            /
97.     local_irq_enable();         /
98. } while (0)
99. #endif
101. #define spin_unlock_irqrestore(lock, flags) /
102.                     _spin_unlock_irqrestore(lock, flags)
103. #define spin_unlock_bh(lock)        _spin_unlock_bh(lock)
105. #define read_unlock_irqrestore(lock, flags) /
106.                     _read_unlock_irqrestore(lock, flags)
107. #define read_unlock_bh(lock)        _read_unlock_bh(lock)
109. #define write_unlock_irqrestore(lock, flags) /
110.                     _write_unlock_irqrestore(lock, flags)
111. #define write_unlock_bh(lock)       _write_unlock_bh(lock)

  在使用Linux读写自旋锁时，最后要考虑的一点是这种机制照顾读比照顾写多。当读锁被持有时，写操作为了互斥访问而只能等待；但是，读者却可以继续成功地占用锁。自旋等待的写者在所有读者释放锁之前是无法获得锁的。

  如果加锁时间不长且代码不会睡眠（比如中断处理程序），利用自旋锁是最佳选择。