原创 spinlock和semaphore的差别和应用

这两天经常有同事在问我spinlock和semaphore的相关问题，什么时候该用spinlock？什么时候该用semaphore？什么时候该用spinlock_irq？什么时候该用spinlock_irqsave？的确，对于初涉内核开发的人员来说，spinlock和semaphore的应用是一个比较大的疑问。这里，我来谈谈我对这两个概念的想法吧。

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Spinlock的实现机制可以描述如下：CPU首先将内存总线lock住，然后检测内存中的lock数据，如果数据为真，那么表示资源被人占用，无法获取。然后CPU会自璇检测该lock数据，直到数据不为真之后，lock该数据返回。在Linux中spinlock核心代码采用汇编语言实现，可以参考__raw_spin_lock函数。在<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />2.6.25版本之后，Linux为了解决在多CPU平台上的不公平竞争，引入了排队自璇锁的算法。

说道这里，需要讲一下的是，spinlock在up平台上为空函数的说法。这个说法不是很严格，实际上在非强占的up平台上，spinlock的实现为空函数，在可强占的up平台上，spinlock需要将强占给disable掉，也就是说在spinlock的临界区，Linux无法强占。在多CPU平台上，spinlock是有效的。

Semaphore的实现机制可以描述如下：CPU首先会检测信号量是否可获取，如果无法获取该信号量，那么就会导致一次上下文调度操作。从实现机制上来看，semaphore操作效率比较低，而spinlock的效率相对较高，但是这种效率的高低与应用相关，如果临界区操作的时间过长，那么采用spinlock会浪费大量的CPU时间，还不如做几次上下文调度释放CPU资源呢。所以，spinlock的应用有一个原则，那就是临界区操作尽可能的短，让CPU不要自璇太多的时间，这一点从spinlock的实现代码上也可以看出一些端倪，Linux开发人员着这个地方花费了好多心计。

从上面的机制描述，我想可以总结出如下几点：

1、  不允许睡眠的上下文需要采用spinlock，可以睡眠的上下文可以采用semaphore。在中断上下文中访问的竞争资源一定采用spinlock。

2、  临界区操作较长的应用建议采用semaphore，临界区很短的操作建议采用spinlock。

3、  需要关中断的场合需要调用spinlock_irq或者spinlock_irqsave，不明确当前中断状态的地方需要调用spinlock_irqsave，否则调用spinlock_irq。一个资源既在中断上下文中访问，又在用户上下文中访问，那么需要关中断，如果仅仅在用户上下文中被访问，那么无需关中断。