1. spin_lock 背景

（1）需要睡眠的锁机制（信号量，互斥锁），需要切换上下文，有切换上下文的开销；
（2）中断上下文不能睡眠
基于上面两点，就对不睡眠的spin_lock 有需求。
spin lock解决的问题
i. 内核的单核抢占：使得正在执行的进程A可以被其他进程抢占，这种抢占不是无时无刻的，存在抢占点（中断处理程序返回内核空间或用户空间）。如中断处理程序中激活高优先级线程B，则会在中断处理程序返回时执行高优先级线程B抢占A。 =》规避单核抢占的办法：关内核抢占
ii. 中断的抢占：中断优先级比普通进程优先级高。中断到来，CPU会立刻跳转到中断向量处执行中断处理程序。==》规避单核中断抢占：关本地中断
iii. 下半部的抢占：中断下半部的优先级是高于普通进程的，也存在下半部的抢占。中断下半部的调度点有：硬件中断处理程序退出时和调用 local_bh_enable 重新使能下半部时，禁止中断并不能完全禁止下半部的执行。
xi. SMP 架构中的并发
自旋锁互斥四个要点：
包含单核抢占互斥，单核中断互斥，下半部的抢占, 多核并发互斥
一个完善的 spinlock 实现应该有以下的特点：
1、申请锁时关内核抢占，释放锁时开启内核抢占
2、如果中断或者进程中出现 spinlock 的竞争，需要进程中的锁操作需要关中断，中断中不需要关中断（默认就是关状态）。
3、如果中断下半部或者进程中出现 spinlock 的竞争，需要进程中的锁关闭中断下半部
4、在多核系统下，加解锁的操作函数需要具备原子性或者独占性。

2. spin lock 区别

2.1 spin_lock: 关preempt

为了解决当前内核中，某些场景下快速访问临界区的问题而存在的，所以他禁止了调度器抢占，所以不存在任何其他的进程会抢占该 CPU 的情况。

2.2 spin_lock_irq： 在关cpu preempt 基础之上，关本地cpu irq;

为了应对自旋锁同时出现在硬件中断和进程上下文的情况，所以应该在进程执行临界区代码段的自旋锁上锁之前，首先就应该关闭当前 CPU 的中断，这样无论你发生什么情况，一旦被锁上就不再会被任何的情况抢走 CPU。
This is also the reason why the irq-versions of the spinlocks only need
to disable the local interrupts - it's ok to use spinlocks in interrupts
on other CPU's, because an interrupt on another CPU doesn't interrupt the
CPU that holds the lock, so the lock-holder can continue and eventually
releases the lock.

2.3 spin_lock_irqsave

i. 在关cpu preempt 和irq 基础之上保存irq 之前的状态，这样恢复临界区之前的中断状态。
ii. 如果存在嵌套地 disable 中断，就需要使用 spin_lock_irqsave 接口

spin_lock_irq(&lock1) ;
/*－－－－－－－临界区１*/
spin_lock_irq(&lock2) ;
/*－－－－－－－临界区2*/
...
/*－－－－－－－临界区2*/
spin_unlock_irq(&lock2) ; //开启中断
...
/*－－－－－－－临界区１*/期望关中断状态
spin_unlock_irq(&lock1) ;

当进程在执行第一个 spin_lock_irq(&lock1) 时已经关闭了中断，然后继续获取第二个自旋锁 spin_lock_irq(&lock2)，当 lock2 解锁后且 lock1 未解锁前这一段区域处于一种硬件中断开启的状态，这段代码仍然处于 lock1 的临界区，如果此时硬件中断也需要申请 lock1 锁会导致死锁，这是因为 spin_unlock_irq 在解锁时一定会将本地 CPU 的中断打开，从而导致硬件中断可以重新强制抢占 CPU，所以最好的方式就是 lock2 在锁之前保存当前的中断状态，在解锁时恢复当前的中断状态，这也就是 spin_lock_irqsave 需要存在的原因。

3. 应用场景

3.1 spin_lock

(1) 临界区只出现在进程上下文：spin_lock
(2) 硬件中断中：spin_lock

3.2 spin_lock_irq

上下文/软中断 + 硬件中断

3.3 spin_lock_irqsave

这种类型的使用方式是最为安全以及便捷的;

3.4 spin_lock_bh

只关闭中断底半部，其实就是关闭了软中断、Taskset 以及 Timer 等的一个抢占能力
代码临界区只存在软中断/Taskset/Timer + 进程上下文这样的组合:spin_lock_bh

参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/363993550
https://www.byteisland.com/%E8%87%AA%E6%97%8B%E9%94%81-spin_lock%E3%80%81-spin_lock_irq-%E4%BB%A5%E5%8F%8A-spin_lock_irqsave-%E7%9A%84%E5%8C%BA%E5%88%AB/