為什么要加鎖

在SMP系統(tǒng)中，如果僅僅是需要串行地增加一個變量的值，那么使用原子操作的函數(shù)（API）就可以了。但現(xiàn)實中更多的場景并不會那么簡單，比如需要將一個結(jié)構(gòu)體A中的數(shù)據(jù)提取出來，然后格式化、解析，再添加到另一個結(jié)構(gòu)體B中，這整個的過程都要求是「原子的」，也就是完成之前，不允許其他的代碼來讀/寫這兩個結(jié)構(gòu)體中的任何一個。

這時，相對輕量級的原子操作API就無法滿足這種應用場景的需求了，我們需要一種更強的同步/互斥機制，那就是軟件層面的「鎖」的機制。

同步鎖的「加鎖」和「解鎖」是放在一段代碼的一前一后，成對出現(xiàn)的，這段代碼被稱為Critical Section/Region（臨界區(qū)）。但鎖保護的并不是這段代碼本身，而是其中使用到的多核/多線程共享的變量，它「同步」(或者說串行化）的是對這個變量的訪問，通俗的語義就是“我有你就不能有，你有我就不會有”。

Linux中主要有兩種同步鎖，一種是spinlock，一種是mutex。spinlock和mutex都既可以在用戶進程中使用，也可以在內(nèi)核中使用，它們的主要區(qū)別是前者不會導致睡眠和調(diào)度，屬于busy wait形式的鎖，而后者可能導致睡眠和調(diào)度，屬于sleep wait形式的鎖。

spinlock是最基礎的一種鎖，像后面將要介紹的rwlock(讀寫鎖)，seqlock(讀寫鎖)等都是基于spinlock衍生出來的。就算是mutex，它的實現(xiàn)與spinlock也是密不可分。因此，本系列文章將首先圍繞spinlock展開介紹。

如何加鎖

Linux中spinlock機制發(fā)展到現(xiàn)在，其實現(xiàn)方式的大致有3種。

【第一種實現(xiàn) - 經(jīng)典的CAS】

最古老的一種做法是：spinlock用一個整形變量表示，其初始值為1，表示available的狀態(tài)。當一個CPU（設為CPU A）獲得spinlock后，會將該變量的值設為0，之后其他CPU試圖獲取這個spinlock時，會一直等待，直到CPU A釋放spinlock，并將該變量的值設為1。

那么其他的CPU是以何種形式等待的，如果有多個CPU一起等待，形成了競爭又該如何處理？這里要用到經(jīng)典的CAS操作（Compare And Swap）。

• 誰和誰比較

目前，sh架構(gòu)的Linux實現(xiàn)中還保留有這種經(jīng)典的實現(xiàn)方法（相關代碼位于/arch/sh/include/asm/spinlock-cas.h）。

static inline void arch_spin_lock(arch_spinlock_t *lock)
{
while (!__sl_cas(