Linux 4.19 内核中 spinlock 概览
Linux
内核中 spinlock
相关数据结构和代码实现涉及的文件还是挺多的,这篇博客尝试从文件的角度来梳理一下 spinlock
的相关数据结构和代码实现,适合想大概了解 Linux
内核中 spinlock
从上层 API
到底层实现间的调用路径和传参变化,尤其适合了解 spinlock
和 qspinlock
之间的关系。
这里只以 spinlock
的 加锁函数 为切入点,梳理该函数从上层 API
到底层实现涉及的文件。
1. 关注 spin_lock()
spinlock
的加锁函数是 spin_lock()
spin_lock()
的位置:include/linux/spinlock.h
spin_lock()
的内容:
static __always_inline void spin_lock(spinlock_t *lock)
{raw_spin_lock(&lock->rlock);
}
看到这里,需要关注该函数的入参类型:spinlock_t
spinlock_t
的位置: include/linux/spinlock_types.h
spinlock_t
的内容:
typedef struct spinlock {union {struct raw_spinlock rlock;#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC
# define LOCK_PADSIZE (offsetof(struct raw_spinlock, dep_map))struct {u8 __padding[LOCK_PADSIZE];struct lockdep_map dep_map;};
#endif};
} spinlock_t;
2. 关注 __raw_spin_lock()
从上面可以看到,spin_lock()
调用了 raw_spin_lock()
, 而 raw_spin_lock()
是一个宏,将它展开后得到:__raw_spin_lock()
,同时假定 CONFIG_INLINE_SPIN_LOCK
配置项打开,则
__raw_spin_lock()
的位置:include/linux/spinlock_api_smp.h
__raw_spin_lock()
的内容:
static inline void __raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock)
{preempt_disable();spin_acquire(&lock->dep_map, 0, 0, _RET_IP_);LOCK_CONTENDED(lock, do_raw_spin_trylock, do_raw_spin_lock);
}
__raw_spin_lock()
的参数类型是:raw_spinlock_t
,它和 struct raw_spinlock
是同一个类型,对应 spinlock_t
中 rlock
成员变量的类型
raw_spinlock_t
的位置:include/linux/spinlock_types.h
raw_spinloct_t
的内容:
typedef struct raw_spinlock {arch_spinlock_t raw_lock;
#ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCK unsigned int magic, owner_cpu;void *owner;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC struct lockdep_map dep_map;
#endif
} raw_spinlock_t;
3. 关注 do_raw_spin_lock()
从上面可以看到, __raw_spin_lock()
调用了 do_raw_spin_lock()
do_raw_spin_lock()
的位置:include/linux/spinlock.h
do_raw_spin_lock()
的内容:
static inline void do_raw_spin_lock(raw_spinlock_t *lock) __acquires(lock)
{__acquire(lock);arch_spin_lock(&lock->raw_lock);
}
4. 关注 arch_spin_lock() 和 arch_spinlock_t
从上面可以看到,do_raw_spin_lock()
调用了 arch_spin_lock()
arch_spin_lock()
和它的入参 arch_spinlock_t
是与体系结构相关的,这里面基本能分成两派,
一派是自己实现 arch_spin_lock()
和 arch_spinlock_t
,
一派是使用通用的 qspinlock
实现,也即 #define arch_spin_lock(l) queued_spin_lock(l)
和 typedef struct qspinlock {...} arch_spinlock_t
体系结构自己实现的架构包括:alpha
, arc
, arm
, hexagon
, ia64
, parisc
, powerpc
, riscv
, s390
, sh
, sparc-32
, xtensa
具体列举其中的 5 个:
alpha
架构
arch_spin_lock()
的位置:arch/alpha/include/asm/spinlock.h
arch_spinlock_t
的位置:arch/alpha/include/asm/spinlock_types.h
arc
架构
arch_spin_lock()
的位置:arch/arc/include/asm/spinlock.h
arch_spinlock_t
的位置:arch/arc/include/asm/spinlock_types.h
arm
架构
arch_spin_lock()
的位置:arch/arm/include/asm/spinlock.h
arch_spinlock_t
的位置:arch/arm/include/asm/spinlock_types.h
hexagon
架构
arch_spin_lock()
的位置:arch/hexagon/include/asm/spinlock.h
arch_spinlock_t
的位置:arch/hexagon/include/asm/spinlock_types.h
ia64
架构
arch_spin_lock()
的位置:arch/ia64/include/asm/spinlock.h
arch_spinlock_t
的位置:arch/ia64/include/asm/spinlock_types.h
使用 qspinlock
实现的架构包括:mips
, sparc-64
, x86
, arm64
, openrisc
queued_spin_lock()
的位置:include/asm-generic/qspinlock.h
queued_spin_lock()
的内容是:
static __always_inline void queued_spin_lock(struct qspinlock *lock)
{u32 val;val = atomic_cmpxchg_acquire(&lock->val, 0, _Q_LOCKED_VAL);if (likely(val == 0)) return;queued_spin_lock_slowpath(lock, val);
}
struct qspinlock
的位置:include/asm-generic/qspinlock_types.h
struct qspinlock
的内容是:
typedef struct qspinlock {union {atomic_t val;/** By using the whole 2nd least significant byte for the* pending bit, we can allow better optimization of the lock* acquisition for the pending bit holder.*/
#ifdef __LITTLE_ENDIANstruct {u8 locked;u8 pending;};struct {u16 locked_pending;u16 tail;};
#elsestruct {u16 tail;u16 locked_pending;};struct {u8 reserved[2];u8 pending;u8 locked;};
#endif};
} arch_spinlock_t;
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