读写锁（arm）

 参考文章读写锁 - ARM汇编同步机制实例（四）_汇编 prefetchw-CSDN博客

读写锁允许多个执行流并发访问临界区。但是写访问是独占的。适用于读多写少的场景

另外好像有些还区分了读优先和写优先

读写锁定义

typedef struct {arch_rwlock_t raw_lock;
#ifdef CONFIG_GENERIC_LOCKBREAKunsigned int break_lock;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_SPINLOCKunsigned int magic, owner_cpu;void *owner;
#endif
#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOCstruct lockdep_map dep_map;
#endif
} rwlock_t;typedef struct {u32 lock;
} arch_rwlock_t;

 可以看到在arm上面读写锁其实就是一个u32的变量。通过这个变量的值能够知道读者和写者的情况。（arm上面有strex指令能够实现独占访问）

读加锁

read_lock->_raw_read_lock->__raw_read_lock->do_raw_read_lock->arch_read_lock

可以看到就是不断的用指令strex去改写这个值，直到修改成功。

读加锁简单的理解就是执行rw->lock++。

static inline void arch_read_lock(arch_rwlock_t *rw)
{unsigned long tmp, tmp2;
/* 指令strex https://blog.csdn.net/w906787/article/details/78907067 指令条件pl(非负)https://blog.csdn.net/m0_73649248/article/details/132796539rsb及常见指令 https://blog.csdn.net/Tong89_xi/article/details/103458289wfe https://blog.csdn.net/xy010902100449/article/details/126812552
*/prefetchw(&rw->lock);__asm__ __volatile__(
"1:	ldrex	%0, [%2]\n"      // ldrex tmp, *(&rw->lock)  获取lock的值并保存在tmp中
"	adds	%0, %0, #1\n"    // adds  tmp, tmp, #1       tmp = tmp + 1 //难道是被当做一个有符号数看的,0x80000000其实是个负数？？
"	strexpl	%1, %0, [%2]\n"  // strexpl tmp2, tmp, *(&rw->lock)  rw->lock = tmp, strex能独占访问,赋值成功tmp2会设置为0,反之为1WFE("mi")                // wfemi (CPSR NZCV )负数就进入低功耗模式,睡眠//需要特定的事件触发才能被唤醒
"	rsbpls	%0, %1, #0\n"    // rsbpls  tmp, tmp2, #0 tmp = 0 - tmp2 运算结果会影响到cpsr寄存器。如果cpsr中N为1(感觉这里还是adds如果为负数),则执行减法,并且修改cpsr寄存器
"	bmi	1b"                  // bmi  1b  如果strex执行成功 tmp = 0 - tmp2(0) = 0,为0 bmi不执行: "=&r" (tmp), "=&r" (tmp2): "r" (&rw->lock): "cc");smp_mb();
}

 之前一直不理解adds为什么会出现负数的情况。感觉确实是把相加的结果看做是有符号的，即如果加出来的值，最高位为1，cpsr的n就会被置为1

"	adds	%0, %0, #1\n"    // adds  tmp, tmp, #1       tmp = tmp + 1 //难道是被当做一个有符号数看的,0x80000000其实是个负数？？
"	strexpl	%1, %0, [%2]\n"  // strexpl tmp2, tmp, *(&rw->lock)  rw->lock = tmp, strex能独占访问,赋值成功tmp2会设置为0,反之为1

测试样例 

int test_thread(void* a)
{printk(KERN_EMERG "\r\n thread start\n");
#ifdef CONFIG_PREEMPT_COUNTprintk(KERN_EMERG "\r\n CONFIG_PREEMPT_COUNT\n");
#elseprintk(KERN_EMERG "\r\n not define CONFIG_PREEMPT_COUNT\n");
#endif	unsigned int cpsr = 0;unsigned long tmp = 0;unsigned long tmp2 = 0x80000000;__asm__ __volatile__("mrs	%0, cpsr\n"        //rw->lock = 0;:: "r" (cpsr): "cc");printk(KERN_EMERG "\r\n cpsr 0x%lx\n", cpsr);__asm__ __volatile__("adds	%0, %1, #1\n": "=&r" (tmp): "r" (tmp2): "cc");__asm__ __volatile__("mrs	%0, cpsr\n"        //rw->lock = 0;:: "r" (cpsr): "cc");printk(KERN_EMERG "\r\n after cpsr 0x%lx, tmp 0x%lx\n", cpsr, tmp);printk(KERN_EMERG "\r\n thread end\n");return 0;
}

可以看到经过tmp = tmp2 + 1后cpsr的最高位（N）确实被置为了1 

 

那结合后面写加锁，就能看到，如果有写者加了锁，读者是无法成功加锁的（strexpl 需要tmp非负才执行）。但是如果存在读者的情况下，其他读者继续尝试加锁是可以成功的。这样就运行多个读者进行临界区

 

读解锁

其实就是rw->lock--。最后需要注意的是如果tmp为0，即没有读者的时候，需要唤醒因为获取写锁失败的cpu(dsb_sev)

If the Event Register is not set, WFE（这个并不会让出cpu） suspends execution until 
one ofthe following events occurs:

1、an IRQ interrupt, unless masked by the CPSR I-bit
2、an FIQ interrupt, unless masked by the CPSR F-bit
3、an Imprecise Data abort, unless masked by the CPSR A-bit
4、a Debug Entry request, if Debug is enabled
5、an Event signaled by another processor using the SEV instruction.
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static inline void arch_read_unlock(arch_rwlock_t *rw)
{unsigned long tmp, tmp2;smp_mb();prefetchw(&rw->lock);__asm__ __volatile__(
"1:	ldrex	%0, [%2]\n"      //tmp = rw->lock
"	sub	%0, %0, #1\n"        //tmp = tmp - 1
"	strex	%1, %0, [%2]\n"  //rw->lock = tmp
"	teq	%1, #0\n"            //检查指令是否执行成功
"	bne	1b": "=&r" (tmp), "=&r" (tmp2): "r" (&rw->lock): "cc");if (tmp == 0)dsb_sev();//唤醒获取锁失败的cpu(wfe需要sev事件唤醒)
}

写加锁

write_lock->_raw_write_lock->__raw_write_lock->do_raw_write_lock

1、感觉这里是写者加锁，需要等待全部读者退出才行 。并且这个时候写者是没有加锁成功的（即lock的值没有成功赋值为0x80000000）。read_lock那里不会出现相加为负数的情况。读者一直能够加锁成功。即只有等到读者全部退出，才能加锁成功。如果在你尝试加锁的时候，后面又来了很多加读锁的情况，你也无法阻止。只能看着读锁加锁成功

2、rw->lock = 0x80000000

static inline void arch_write_lock(arch_rwlock_t *rw)
{unsigned long tmp;prefetchw(&rw->lock);__asm__ __volatile__(
"1:	ldrex	%0, [%1]\n"  //tmp = rw->lock
"	teq	%0, #0\n"        //tmp == 0,需要读者全部退出才行WFE("ne")            //不为0休眠,等待特定事件发生后唤醒
"	strexeq	%0, %2, [%1]\n" // rw->lock = 0x80000000
"	teq	%0, #0\n"        // %0保存strex执行结果,0表示成功, 1表示失败
"	bne	1b"              //执行失败,则重复上述流程: "=&r" (tmp): "r" (&rw->lock), "r" (0x80000000): "cc");smp_mb();
}

写解锁

比较简单就是rw->lock = 0，然后唤醒其他获取锁失败的cpu

static inline void arch_write_unlock(arch_rwlock_t *rw)
{smp_mb();__asm__ __volatile__("str	%1, [%0]\n"        //rw->lock = 0;:: "r" (&rw->lock), "r" (0): "cc");dsb_sev();//这里估计是唤醒获取锁失败的cpu
}

总结

（1）假设临界区内没有任何的thread，这时候任何read thread或者write thread可以进入，但是只能是其一。

（2）假设临界区内有一个read thread，这时候新来的read thread可以任意进入，但是write thread不可以进入

（3）假设临界区内有一个write thread，这时候任何的read thread或者write thread都不可以进入

（4）假设临界区内有一个或者多个read thread，write thread当然不可以进入临界区，但是该write thread也无法阻止后续read thread的进入，他要一直等到临界区一个read thread也没有的时候，才可以进入，多么可怜的write thread。
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