什么是自旋锁

Linux 内核中最常见的锁是自旋锁。自旋锁是一种最多可以由一个执行线程持有的锁。如果执行线程在竞争(已持有)时尝试获取自旋锁，则线程繁忙循环自旋等待锁变得可用。如果锁没有被争用，线程可以立即获取锁并继续。旋转可防止多个执行线程在任何时候进入临界区。请注意，可以在多个位置使用同一个锁，因此可以保护和同步对给定数据结构的所有访问。

回到上一章的门和钥匙类比，自旋锁类似于坐在门外，等待里面的人出来递给你钥匙。如果你走到门口，里面没有人，你可以拿钥匙进入房间。如果您到达门口并且有人正在里面，您必须在外面等待钥匙，有效地反复检查它的存在。房间空了，你可以拿钥匙进去。多亏了钥匙(读：自旋锁)，房间内(读：临界区)同时只允许一个人(读：执行线程)进入。

竞争自旋锁导致线程在等待锁变为可用时自旋(实质上是浪费处理器时间)这一事实很重要。这种行为是自旋锁的关键。它不是明智的做法是长时间持有自旋锁。这就是自旋锁的本质：一个轻量级的单持有人锁，应该在短时间内持有。争用锁时的另一种行为是将当前线程置于睡眠状态，并在它可用时将其唤醒。然后处理器可以关闭并执行其他代码。这会产生一些开销，最明显的是切换出和切换回阻塞线程所需的两个上下文切换，这肯定比用于实现自旋锁的几行代码要多得多。因此，保持自旋锁的时间少于两次上下文切换的持续时间是明智的。因为我们大多数人都有比测量上下文切换更好的事情要做，所以尽量缩短锁定时间。

自旋锁依赖于体系结构并在汇编中实现。与架构相关的代码在<asm/spinlock.h>中定义。实际可用的接口在<linux/spinlock.h>中定义。自旋锁的基本用途是

spinlock_t mr_lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED；
自旋锁（&mr_lock）；
/* 临界区 */
自旋解锁（&mr_lock）；

锁最多只能由一个执行线程同时持有。因此，一次只允许一个线程进入临界区。这为多处理机器上的并发提供了所需的保护。在单处理器机器上，锁编译掉并且不存在。它们只是充当禁用和启用内核抢占的标记。如果内核抢占关闭，锁会完全编译掉。

自旋锁可用于中断处理程序，而信号量不能使用，因为它们处于休眠状态。如果在中断处理程序中使用了锁，您还必须在获得锁之前禁用本地中断(当前处理器上的中断请求)。否则，中断处理程序可能会在持有锁时中断内核代码并尝试重新获取锁。中断处理程序旋转，等待锁变得可用。然而，锁持有者在中断处理程序完成之前不会运行。这是上一章讨论的双重获取死锁的一个例子。请注意，您只需要在当前处理器。如果一个中断发生在不同的处理器上，并且它在同一个锁上旋转，它不会阻止锁持有者(它在不同的处理器上)最终释放锁。

内核提供了一个方便地禁用中断和获取锁的接口。用法是

spinlock_t mr_lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED；
无符号长标志；
spin_lock_irqsave(&mr_lock, flags);
/* 临界区 ... */
spin_unlock_irqrestore(&mr_lock, flags);

例程spin_lock_irqsave()保存中断的当前状态，在本地禁用它们，然后获得给定的锁。相反，spin_unlock_irqrestore()解锁给定的锁并将中断返回到它们之前的状态。这样，如果中断最初被禁用，您的代码不会错误地启用它们，而是保持禁用它们。请注意，flags变量似乎是按值传递的。这是因为锁定例程部分实现为宏。

在单处理器系统上，前面的示例仍然必须禁用中断以防止中断处理程序访问共享数据，但锁定机制已被编译掉。锁定和解锁也分别禁用和启用内核抢占。如果大家想了解更多相关知识，不妨来关注一下动力节点的Linux教程，里面还有更丰富的知识等着大家去学习，相信对大家一定会有所帮助的。