第5章：并发与竞态条件-10：The Spinlock Functions

In continuation of the previous text 第5章：并发与竞态条件-9：The Spinlock Functions, let's GO ahead.

Reader/Writer Spinlocks

The kernel provides a reader/writer form of spinlocks that is directly analogous to the reader/writer semaphores we saw earlier in this chapter. These locks allow any number of readers into a critical section simultaneously, but writers must have exclusive access. Reader/writer locks have a type of rwlock_t, defined in . They can be declared and initialized in two ways:

内核提供的读写自旋锁，与本章前文介绍的读写信号量语义直接对应。这类锁允许任意数量的读线程同时进入临界区，但写线程必须独占访问。读写自旋锁的类型为 rwlock_t，定义于 <linux/spinlock.h> 头文件，可通过两种方式声明和初始化：

rwlock_t my_rwlock = RW_LOCK_UNLOCKED; /* Static way */
rwlock_t my_rwlock;
rwlock_init(&my_rwlock); /* Dynamic way */

The list of functions available should lookreasonably familiar by now. For readers, the following functions are available:

读线程的锁定与释放函数与普通自旋锁用法相近，如下所示：

void read_lock(rwlock_t *lock);
void read_lock_irqsave(rwlock_t *lock, unsigned long flags);
void read_lock_irq(rwlock_t *lock);
void read_lock_bh(rwlock_t *lock);
void read_unlock(rwlock_t *lock);
void read_unlock_irqrestore(rwlock_t *lock, unsigned long flags);
void read_unlock_irq(rwlock_t *lock);
void read_unlock_bh(rwlock_t *lock);

Interestingly, there is no read_trylock. The functions for write access are similar:

值得注意的是，读写自旋锁没有读非阻塞函数（read_trylock），写线程的函数与读线程类似，具体如下：

void write_lock(rwlock_t *lock);
void write_lock_irqsave(rwlock_t *lock, unsigned long flags);
void write_lock_irq(rwlock_t *lock);
void write_lock_bh(rwlock_t *lock);
int write_trylock(rwlock_t *lock);
void write_unlock(rwlock_t *lock);
void write_unlock_irqrestore(rwlock_t *lock, unsigned long flags);
void write_unlock_irq(rwlock_t *lock);
void write_unlock_bh(rwlock_t *lock);

Reader/writer locks can starve readers just as rwsems can. This behavior is rarely a problem; however, if there is enough lockcontention to bring about starvation, performance is poor anyway.

与读写信号量（rwsem）一样，读写自旋锁也可能导致读线程饥饿（即读线程长时间无法获取锁）。但这种情况通常不会造成严重问题：如果锁的竞争激烈到足以导致饥饿，系统性能本身已经很差了。

补充说明：

1. 函数配对原则

   读写自旋锁的函数必须严格配对使用，规则与普通自旋锁一致：例如 read_lock_irqsave 必须与 read_unlock_irqrestore 配对，write_lock_bh 必须与 write_unlock_bh 配对，否则可能导致中断或软中断状态异常。

2. 与读写信号量（rwsem）的核心差异

   特性	读写自旋锁（rwlock_t）	读写信号量（rwsem）
   适用上下文	中断上下文、无睡眠进程上下文	仅进程上下文（可睡眠）
   等待方式	自旋（忙循环）	阻塞睡眠
   性能（无竞争）	极高	较低（有上下文切换开销）
   读线程非阻塞	不支持（无 read_trylock）	支持（down_read_trylock）

3. 无 read_trylock 的原因

   ​​​​​​​内核设计中，读线程的非阻塞尝试（read_trylock）需求极少，且实现复杂度高（需处理多读者并发的原子性），因此未提供该接口。若需读线程非阻塞访问，可改用普通自旋锁或其他同步机制。

4. 适用场景

   ​​​​​​​读写自旋锁适用于 “读操作远多于写操作、且临界区极短” 的场景，例如：

   1. 中断上下文与进程上下文共享的只读数据保护。

   2. 驱动中共享数据的统计信息读取（读多写少）；

5. 饥饿问题的规避

   ​​​​​​​若写操作频繁，应避免使用读写自旋锁，改用普通自旋锁或互斥锁，以防止读线程长期饥饿。