简介

自旋锁： 它是为实现保护共享资源而提出一种锁机制。其实，自旋锁与互斥锁比较类似，它们都是为了解决对某项资源的互斥使用。无论是互斥锁，还是自旋锁，在任何时刻，最多只能有一个保持者，也就说，在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。但是两者在调度机制上略有不同。对于互斥锁，如果资源已经被占用，资源申请者只能进入睡眠状态。但是自旋锁不会引起调用者睡眠，如果自旋锁已经被别的执行单元保持，调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁，"自旋"一词就是因此而得名。 ----百度百科

由以上介绍大概了解，自旋锁就是内核为防止临界区被多个进程同时访问出错的一种机制。其作用时保证临界区在任一时刻有且仅有一个进程访问。

应用场景

举个例子：
app1: 向驱动设备(/dev/driver_case)写入1024个字节的'a'字符，然后读取，25s后再次读取；
app2: 向驱动设备(/dev/driver_case)写入1024个字节的'b'字符，然后读取，25s后再次读取；
驱动设备：注册驱动/dev/driver_case。将app写入的数据存入到内核空间，并在app读取时打印出来。

问题：两个app都会占用驱动25s，如果先执行app1占用驱动，在app1没有结束占用之前，再执行app_2占用了驱动，会出现什么后果？
现象：

第一次访问.png 第二次访问.png
分析：第一次读取时，发现app1写入的是‘a’，app2写入的是‘b’。但是第二次读取时，发现app1写入的值被app2覆盖掉了，这就会出现问题了。

解决方法：驱动引入自旋锁，在驱动被一个进程占用没有释放之前，不允许其他进程占用。

实例分析

1.声明自旋锁

#include <linux/uaccess.h>
……
struct driver_case_dev {
……
#ifdef SPINLOCK_SUPPORT 
    spinlock_t lock;
#endif
};
    
struct driver_case_dev driver_case;

2.初始化自旋锁

……
spin_lock_init(&driver_case.lock);
……

3.入口设计

static int driver_case_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
#ifdef SPINLOCK_SUPPORT  
    unsigned long flags;
  
    spin_lock_irqsave(&driver_case.lock, flags);    
    if (driver_case.dev_status) {                   
        spin_unlock_irqrestore(&driver_case.lock, flags);
        return -EBUSY;
    }
    driver_case.dev_status++;   
    spin_unlock_irqrestore(&driver_case.lock, flags);
#endif
……
    
    return 0;
}

4.出口设计

static int driver_case_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
#ifdef SPINLOCK_SUPPORT
    unsigned long flags;
    
    spin_lock_irqsave(&driver_case.lock, flags);      
    if (driver_case.dev_status) {
        driver_case.dev_status--;
    }
    spin_unlock_irqrestore(&driver_case.lock, flags); 
#endif
……
    return 0;
}

注意：需要注意的是，这里自旋锁保护的临界区是driver_case.dev_status增减操作。驱动通过判断driver_case.dev_status的值来确定当前驱动是否被占用。
这里的例子效果不是很明显，理想的是在open入口直接给上一个自旋锁，然后在release出口函数释放。但是自旋锁的缺点是在整个持锁过程中，会导致访问的进程阻塞，且本例期间会屏蔽中断。由于app占用时间25s，会导致期间中断不会响应，且进程长时间阻塞。因此没有按照理想情况设计，driver_case.dev_status增减操作执行很快，不会导致以上问题出现，因此选用此种方案。

测试

测试图.png

由上可知，在执行第一个app时，是正常运行的。此时再执行第二个app时，会发现无法访问驱动。从而避免驱动在被占用期间，再次被其他进程访问的问题了。

自旋锁常用API

spinlock函数在内核文件include\linux\spinlock.h中声明，如下表：

函数	作用
spin_lock_init(_lock)	初始化自旋锁为unlock状态
void spin_lock(spinlock_t *lock)	获取自旋锁(加锁)，返回后肯定获得了锁
int spin_trylock(spinlock_t *lock)	尝试获得自旋锁，成功获得锁则返回1，否则返回0
void spin_unlock(spinlock_t *lock)	释放自旋锁，或称解锁
int spin_is_locked(spinlock_t *lock)	返回自旋锁的状态，已加锁返回1，否则返回0

自旋锁的加锁、解锁函数是：spin_lock、spin_unlock，还可以加上各种后缀，这表示在加锁或解锁的同时，还会做额外的事情：

后缀	功能
_bh()	加锁时禁止下半部(软中断)，解锁时使能下半部(软中断)
_irq()	加锁时禁止中断，解锁时使能中断
_irqsave/restore()	加锁时禁止中断并记录状态，解锁时恢复中断为所记录的状态(enable /disable)

参考： 《驱动大全之同步与互斥》 韦东山著
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开源519.jpg