一段C内嵌汇编代码的理解

在DPDK中遇到了一个内嵌C代码的函数，于是了解了一下其语法。
主要参考文档

 static inline void
 rte_spinlock_lock(rte_spinlock_t *sl)
 {
    int lock_val = 1;
    asm volatile (
            "1:\n"
            "xchg %[locked], %[lv]\n"
            "test %[lv], %[lv]\n"
            "jz 3f\n"
            "2:\n"
            "pause\n"
            "cmpl $0, %[locked]\n"
            "jnz 2b\n"
            "jmp 1b\n"
            "3:\n"
            : [locked] "=m" (sl->locked), [lv] "=q" (lock_val)
            : "[lv]" (lock_val)
            : "memory");
 }

• 这是一段 extended asm（它与Basic asm的区别在于它有operand，即上述16~18行）。
  • extended asm代码必须写在函数内，Basic asm不用。

extend asm主要有2种格式：

asm asm-qualifiers ( AssemblerTemplate 
                 : OutputOperands 
                 [ : InputOperands
                 [ : Clobbers ] ])

asm asm-qualifiers ( AssemblerTemplate 
                      : 
                      : InputOperands
                      : Clobbers
                      : GotoLabels)

上述代码使用的是后一种。

格式分析

• volatile为asm-qualifier。

  • volatile的作用为：防止assembler对asm代码进行优化，改变其原来的布局。

• 6~15行，为Assembler Template

  • 它读取Operand中的输入，形成最终的汇编代码，并由gcc传给assembler解析。 gcc自己不会分析这段内容。

• 第16行，为Output Operands

  • [locked] 和 [lv] 对应 Template 中的 %[locked] 和 %[lv]。
  • (sl->locked) 和 (lock_val) 对应C代码中的变量。
  • 汇编代码运行后的输出由这句代码指定。

• Output Operands中的"=m"为 Constraints。

  • "="为Modifier，其表示用左边的值覆写右边的值。
  • m为 simple constraint中的一个，表示将结果存放到内存中。
  • q表示哪个寄存器本人尚未清楚。

• 第17行，为Input Operands，用于指定Template中的输入

• 第18行，为Clobber，用于指定汇编代码需要改变哪些寄存器/其他位置的数据，防止代码意外地改写更多数据。

  • momory表示汇编代码会读或写内存到上述的Input/Output Operands

汇编内容分析

• 第6、10、15行为汇编中的Label，用于跳转用。第9、13、14会根据Condition Register的内容进行跳转。3f表示Label 3在下面，1b 和 2b表示Label 1和Label 2在上面。
• %[xxx] 对应Input/Output Operands中的变量。
• $0 表示数字0
• test 对2个操作数进行AND操作。
• cmpl(Compare Logical)，以unsigned integer的形式比较2个操作数的内容，并改写Condition Register Field中的一个bit。
• pause ，一般只用在Spinlock的代码中，用来告诉CPU接下来运行的代码是spin-wait循环。 具体细节貌似较为复杂，感兴趣的可以仔细浏览这两个链接。

此函数的目的就是加锁，即将sl->locked变量置为1.

1. 输入值lv(即lock_val)为1，在第7行将 lv 与 locked 交换，并检查交换后 lv 的值。若为0，说明锁之前是free的，此时成功加锁，跳到 Label 3退出函数。
2. 若交换后 lv 的值为1，说明锁已经被加上，这就需要等待其free后再加锁，10~13行即等待锁free的循环。
3. 等到锁为free时，从14行跳到第6行，继续执行第1步。