Linux 内核中的 Spinlock

作用

自旋锁（Spinlock）是一种用于多线程同步的锁，它主要用于保护共享资源。当一个线程尝试获取一个已经被其他线程持有的自旋锁时，该线程会在一个循环中不断地检查锁是否可用，直到它能够获得锁。

实现

Linux内核的自旋锁通过一系列的原子操作实现，确保在任何时刻只有一个线程能够持有锁。这通常涉及CPU提供的比较和交换（compare and swap, CAS）操作或者其他硬件支持的原子操作。

使用场景

自旋锁通常用于保护非常短的代码段或者数据结构，尤其是那些执行时间远小于从用户空间切换到内核空间所需时间的场合。由于自旋锁在等待时会占用CPU，它们最适合用在多处理器系统上，且预期等待时间非常短的情况。

注意事项

• 避免长时间持有自旋锁，以免导致其他核心的线程长时间等待。
• 在持有自旋锁时，不应进行任何可能导致线程休眠的操作，如I/O操作、调度其他线程等。
• 注意区分自旋锁和其他类型的锁（如互斥锁），确保在适当的场景使用自旋锁。

衍生内容

自旋锁的类型

包括基本的自旋锁和可重入的自旋锁，后者允许同一个线程多次获取同一个锁。

锁粒度

选择适当的锁粒度是优化并发控制的关键，较小的粒度可以减少锁冲突，但可能增加管理锁的开销。

自旋锁与其他同步机制的比较

例如，与互斥锁（mutex）比较，互斥锁在等待时会使线程休眠，从而不占用CPU资源。

自旋锁使用示例

基本使用

#include <linux/spinlock.h>spinlock_t cm_lock;void example_func(void) {// 初始化自旋锁spin_lock_init(&cm_lock);// 获取自旋锁spin_lock(&cm_lock);// 保护的代码段// ...// 释放自旋锁spin_unlock(&cm_lock);
}

使用自旋锁保护数据

spinlock_t data_lock;
struct shared_data {// 共享数据定义
} data;void modify_shared_data() {// 获取自旋锁spin_lock(&data_lock);// 修改共享数据// ...// 释放自旋锁spin_unlock(&data_lock);
}

初始化技巧

• 静态初始化：

DEFINE_SPINLOCK(cm_lock);

• 动态初始化：

spinlock_t cm_lock;
spin_lock_init(&cm_lock);

• 中断禁用：

unsigned long flags;
spin_lock_irqsave(&cm_lock, flags);// 保护的代码段spin_unlock_irqrestore(&cm_lock, flags);

注意事项

• 避免在持有自旋锁时进行可能导致当前线程休眠的操作。
• 自旋锁不应用于长时间的操作。
• 合理选择锁的粒度和持锁时间对于系统性能至关重要。