BKL（Big Kernel Lock）

　　BKL即全局內(nèi)核鎖，也稱(chēng)大內(nèi)核鎖，它是一個(gè)全局自旋鎖。大內(nèi)核鎖也是用來(lái)保護(hù)臨界區(qū)資源的，避免出現(xiàn)多個(gè)處理器上的進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)同一區(qū)域，整個(gè)內(nèi)核中只有一個(gè)大內(nèi)核鎖。

　　BKL是一個(gè)名為kernel_flag的自旋鎖，持有該鎖的進(jìn)程仍可以睡眠，當(dāng)睡眠時(shí)持有的鎖將被自動(dòng)釋放，該進(jìn)程被喚醒時(shí)重新持有該鎖。Linux允許一個(gè)進(jìn)程可以遞歸的持有BKL，BKL是一個(gè)遞歸鎖。

　　它的設(shè)計(jì)思想是，一旦某個(gè)內(nèi)核路徑獲取了這把鎖，那么其他所有的內(nèi)核路徑都不能再獲取到這把鎖。自旋鎖加鎖的對(duì)象一般是一個(gè)全局變量，大內(nèi)核鎖加鎖的對(duì)象是一段代碼，里面可能包含多個(gè)全局變量。那么他帶來(lái)的問(wèn)題是，雖然A只需要互斥訪問(wèn)全局變量a，但附帶鎖了全局變量b，從而導(dǎo)致B不能訪問(wèn)b了

　　mutex（互斥鎖）

　　/linux/include/linux/mutex.h

　　47struct mutex {

　　48

　　49 atomic_t count;

　　50 spinlock_t wait_lock;

　　51 struct list_head wait_list;

　　52#ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES

　　53 struct thread_info *owner;

　　54 const char *name;

　　55 void *magic;

　　56#endif

　　57#ifdef CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC

　　58 struct lockdep_map dep_map;

　　59#endif

　　60};

　　一、作用及訪問(wèn)規(guī)則：

　　互斥鎖主要用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)核中的互斥訪問(wèn)功能。內(nèi)核互斥鎖是在原子API之上實(shí)現(xiàn)的，但這對(duì)于內(nèi)核用戶(hù)是不可見(jiàn)的。對(duì)它的訪問(wèn)必須遵循一些規(guī)則：同一時(shí)間只能有一個(gè)任務(wù)持有互斥鎖，而且只有這個(gè)任務(wù)可以對(duì)互斥鎖進(jìn)行解鎖?；コ怄i不能進(jìn)行遞歸鎖定或解鎖。一個(gè)互斥鎖對(duì)象必須通過(guò)其API初始化，而不能使用memset或復(fù)制初始化。一個(gè)任務(wù)在持有互斥鎖的時(shí)候是不能結(jié)束的?；コ怄i所使用的內(nèi)存區(qū)域是不能被釋放的。使用中的互斥鎖是不能被重新初始化的。并且互斥鎖不能用于中斷上下文。但是互斥鎖比當(dāng)前的內(nèi)核信號(hào)量選項(xiàng)更快，并且更加緊湊，因此如果它們滿足您的需求，那么它們將是您明智的選擇。

　　二、各字段詳解：

　　1、atomic_t count; --指示互斥鎖的狀態(tài)：1沒(méi)有上鎖，可以獲得；0被鎖定，不能獲得；負(fù)數(shù)被鎖定，且可能在該鎖上有等待進(jìn)程初始化為沒(méi)有上鎖。

　　2、spinlock_t wait_lock;--等待獲取互斥鎖中使用的自旋鎖。在獲取互斥鎖的過(guò)程中，操作會(huì)在自旋鎖的保護(hù)中進(jìn)行。初始化為為鎖定。

　　3、struct list_head wait_list;--等待互斥鎖的進(jìn)程隊(duì)列。

　　四、操作：

　　1、定義并初始化：

　　struct mutex mutex;

　　mutex_init（&mutex）;

　　79# define mutex_init（mutex） \

　　80do { \

　　81 static struct lock_class_key __key; \

　　82 \

　　83 __mutex_init（（mutex）， #mutex， &__key）; \

　　84} while （0）

　　42void

　　43__mutex_init（struct mutex *lock， const char *name， structlock_class_key *key）

　　44{

　　45 atomic_set（&lock-》count， 1）;

　　46 spin_lock_init（&lock-》wait_lock）;

　　47 INIT_LIST_HEAD（&lock-》wait_list）;

　　48

　　49 debug_mutex_init（lock， name， key）;

　　50}

　　直接定于互斥鎖mutex并初始化為未鎖定，己count為1，wait_lock為未上鎖，等待隊(duì)列wait_list為空。

　　2、獲取互斥鎖：

　?。?）具體參見(jiàn)linux/kernel/mutex.c

　　void inline __sched mutex_lock（struct mutex *lock）

　　{

　　might_sleep（）;

　　__mutex_fastpath_lock（&lock-》count，__mutex_lock_slowpath）;

　　}

　　獲取互斥鎖。實(shí)際上是先給count做自減操作，然后使用本身的自旋鎖進(jìn)入臨界區(qū)操作。首先取得count的值，再將count置為－1，判斷如果原來(lái)count的值為1，也即互斥鎖可以獲得，則直接獲取，跳出。否則進(jìn)入循環(huán)反復(fù)測(cè)試互斥鎖的狀態(tài)。在循環(huán)中，也是先取得互斥鎖原來(lái)的狀態(tài)，再將其置為－1，判斷如果可以獲?。ǖ扔?），則退出循環(huán)，否則設(shè)置當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)為不可中斷狀態(tài)，解鎖自身的自旋鎖，進(jìn)入睡眠狀態(tài)，待被在調(diào)度喚醒時(shí)，再獲得自身的自旋鎖，進(jìn)入新一次的查詢(xún)其自身狀態(tài)（該互斥鎖的狀態(tài)）的循環(huán)。

　?。?）具體參見(jiàn)linux/kernel/mutex.c

　　int __sched mutex_lock_interruptible（struct mutex *lock）

　　{

　　might_sleep（）;

　　return __mutex_fastpath_lock_retval（&lock-》count，__mutex_lock_interruptible_slowpath）;

　　}

　　和mutex_lock（）一樣，也是獲取互斥鎖。在獲得了互斥鎖或進(jìn)入睡眠直到獲得互斥鎖之后會(huì)返回0。如果在等待獲取鎖的時(shí)候進(jìn)入睡眠狀態(tài)收到一個(gè)信號(hào)（被信號(hào)打斷睡眠），則返回_EINIR。

　?。?）具體參見(jiàn)linux/kernel/mutex.c

　　int __sched mutex_trylock（struct mutex *lock）

　　{

　　return __mutex_fastpath_trylock（&lock-》count，

　　__mutex_trylock_slowpath）;

　　}

　　試圖獲取互斥鎖，如果成功獲取則返回1，否則返回0，不等待。

　　3、釋放互斥鎖：

　　具體參見(jiàn)linux/kernel/mutex.c

　　void __sched mutex_unlock（struct mutex *lock）

　　{

　　__mutex_fastpath_unlock（&lock-》count，__mutex_unlock_slowpath）;

　　}

　　釋放被當(dāng)前進(jìn)程獲取的互斥鎖。該函數(shù)不能用在中斷上下文中，而且不允許去釋放一個(gè)沒(méi)有上鎖的互斥鎖。

　　4.void mutex_destroy（struct mutex *lock） --清除互斥鎖，使互斥鎖不可用

　　用mutex_destroy（）函數(shù)解除由lock指向的互斥鎖的任何狀態(tài)。在調(diào)用執(zhí)行這個(gè)函數(shù)的時(shí)候，lock指向的互斥鎖不能在被鎖狀態(tài)。儲(chǔ)存互斥鎖的內(nèi)存不被釋放。

　　返回值--mutex_destroy（）在成功執(zhí)行后返回零。其他值意味著錯(cuò)誤。在以下情況發(fā)生時(shí)，函數(shù)失敗并返回相關(guān)值。

　　EINVAL 非法參數(shù)

　　EFAULT mp指向一個(gè)非法地址。

　　5.static inline int mutex_is_locked（struct mutex *lock）--測(cè)試互斥鎖的狀態(tài)

　　這個(gè)調(diào)用實(shí)際上編譯成一個(gè)內(nèi)聯(lián)函數(shù)。如果互斥鎖被持有（鎖定），那么就會(huì)返回1；否則，返回0。

　　五、使用形式：

　　struct mutex mutex;

　　mutex_init（&mutex）;

　　。。。

　　mutex_lock（&mutex）;

　　。。。

　　mutex_unlock（&mutex）;

　　順序鎖

　　順序鎖為寫(xiě)者賦予更高的優(yōu)先級(jí)，寫(xiě)者永遠(yuǎn)不會(huì)等待讀者。缺點(diǎn)是讀者有時(shí)不得不讀多次數(shù)據(jù)以獲取正確的結(jié)果。

　　順序鎖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中除了有spinlock外，還有一個(gè)順序號(hào)。如果成功獲得鎖，順序鎖的順序號(hào)會(huì)加1，以便讀者能夠檢查出是否在讀期間有寫(xiě)者訪問(wèn)過(guò)。讀者在讀取數(shù)據(jù)前后兩次讀順序值，如果兩次值不相同，則說(shuō)明讀取期間有新的寫(xiě)者操作過(guò)數(shù)據(jù)了，那么本次讀取就是無(wú)效的。

　　典型使用：

　　讀端：

　　do {

　　seqnum = read_seqbegin（&seqlock_a）;

　　//讀操作代碼塊

　　。。.

　　} while （read_seqretry（&seqlock_a， seqnum））;

　　寫(xiě)端：

　　spin_lock（&lock）;

　　write_seqlock（&seqlock_a）

　　。。.

　　write_sequnlock（&seqlock_a）

　　spin_unlock（&lock）;

　　寫(xiě)者通過(guò)調(diào)用write_seqlock（）和write_sequnlock（）獲取和釋放順序鎖。write_seqlock（）函數(shù)獲取seqlock_t數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的自旋鎖，然后使順序計(jì)數(shù)器sequence加1；write_sequnlock（）函數(shù)再次增加順序計(jì)數(shù)器sequence，然后釋放自旋鎖。這樣可以保證寫(xiě)者在整個(gè)寫(xiě)的過(guò)程中，計(jì)數(shù)器sequence的值是奇數(shù)，并且當(dāng)沒(méi)有寫(xiě)者在改變數(shù)據(jù)的時(shí)候，計(jì)數(shù)器的值是偶數(shù)。

　　read_seqbegin（）返回順序鎖的當(dāng)前順序號(hào)；如果局部變量seq的值是奇數(shù)（寫(xiě)者在read_seqbegin（）函數(shù)被調(diào)用后，正更新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），或seq的值與順序鎖的順序計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值不匹配（當(dāng)讀者正執(zhí)行臨界區(qū)代碼時(shí)，寫(xiě)者開(kāi)始工作），read_seqretry（）就返回1，說(shuō)明本次讀取失敗，需要重新讀取 。

　　并不是每一種資源都可以使用順序鎖來(lái)保護(hù)。一般來(lái)說(shuō)，必須在滿足下述條件時(shí)才能使用順序鎖：

　　1. 讀者的臨界區(qū)資源不包括被寫(xiě)者修改和被讀者取值的指針，否則，寫(xiě)者有可能使指針失效，讀者讀取時(shí)會(huì)產(chǎn)生OPPs。

　　2. 讀者的臨界區(qū)代碼沒(méi)有副作用。

　　何時(shí)使用順序鎖？

　　讀操作遠(yuǎn)多于寫(xiě)操作、且寫(xiě)操作很緊急時(shí)使用順序鎖。