自旋锁（spin lock）是一种对临界资源进行互斥访问的典型手段，其名称来源于它的工作方式。为了获得自旋锁，在某cpu上运行的代码需要先执行一个院子操作，该操作测试并设置某个内存变量，由于它是原子操作，所以在该操作完成之前其他执行单元不可能访问这个内存变量。
如果测试结果表明锁已经空闲，则程序获得这个自旋锁并继续执行；如果测试结果表明锁被占用，程序将在一个小循环内重复这个“测试并设置”操作，即金星所谓的“自旋”。当自旋锁的持有者通过重置该变量释放这个自旋锁后，某个等待的“测试并设置”操作向其调用者报告锁已释放。
Linux系统中与自旋锁相关的操作如下：
1、定义自旋锁 spinlock_t spin;
2、初始化自旋锁 spin_lock_init(lock);
3、获得自旋锁 spin_lock(lock);该宏用于获得自旋锁lock，如果能够立即获得锁，它就马上返回，否则，它将自旋在哪里，直到该自旋锁的保持者释放。spin_trylock(lock);该宏尝试获得自旋锁lock，如果能立即获得锁，它获得锁并返回真，否则立即返回假，实际上不再“在原地打转”。
4、释放锁spin_unlock(lock);该宏释放自旋锁lock，它与spin_trylock或spin_lock配对使用。
自旋锁的一般使用方式：
spinlock_t lock; spin_lock_init(&lock); spin_lock(&lock);//获得自旋锁，包含临界区 ....//临界区 spin_unlock(&lock);//解锁
自旋锁主要针对smp或单cpu但内核可抢占的情况，对于单cpu和内核不支持抢占的系统，自旋锁退化为空操作。在单cpu和内核可抢占的系统中，自选锁持有期间内核的抢占将被禁止。由于内核抢占的单cpu系统的行为实际很类似于smp系统，因此在这样的单cpu系统中使用自旋锁扔十分必要。
在使用自旋锁中还要特别注意如下问题：
自旋锁实际上是忙等锁，当锁不可用时，cpu一直循环执行“测试并设置”该锁直到可用而取得该锁，cpu在等待自旋锁时不做任何有用的工作，仅仅是等待。因此只有在占用锁的事件极短的情况下，使用自旋锁才是合理的。当临界区很大或有共享设备的时候，需要较长事件占用锁，使用自旋锁会降低系统的性能。
自旋锁可能导致系统死锁。引发这个问题最常见的情况是递归使用一个自旋锁，即如果一个已经拥有某个自旋锁的cpu想第二次获得这个自旋锁，则该cpu将死锁。此外，如果进程获得自旋锁后再阻塞，也可能导致死锁的发生。copy_from_user()/copy_to_user()和kmalloc()等函数都有可能引起阻塞，因此自旋锁的占用期间不能调用这些函数。
/**
*Copyright (c) 2013.TianYuan
*All rights reserved.
*
*文件名称: char_device_driver11.c
*文件标识: 自旋锁
*
*当前版本：1.0
*作者：wuyq
*
*取代版本：xxx
*原作者：xxx
*完成日期：2013-11-29
*/
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/slab.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/gpio.h>
#include <plat/gpio-cfg.h>
#include <linux/spinlock_types.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
#define CDD_MAJOR 200//cat /proc/devices找一个尚未使用的
#define CDD_MINOR 0
#define CDD_COUNT 1//一个cdev控制两个led
dev_t dev = 0;
u32 cdd_major = 0;
u32 cdd_minor = 0;
struct class *dev_class = NULL;
#define BUF_SIZE 100
struct cdd_cdev{
struct cdev cdev;
struct device *dev_device;
u8 led;
char kbuf[BUF_SIZE];
u32 data_len;//记录缓冲区中已经写入数据的长度
//定义自旋锁
spinlock_t lock;
int opentimes;//打开计数
};
struct cdd_cdev *cdd_cdevp = NULL;
unsigned long led_gpio_table[2] = {
S5PV210_GPC1(3),//数字
S5PV210_GPC1(4),
};
int cdd_open(struct inode* inode, struct file *filp)
{
struct cdd_cdev *pcdevp = NULL;
printk("enter cdd_open!\n");
pcdevp = container_of(inode->i_cdev, struct cdd_cdev, cdev);
printk("led = %d\n", pcdevp->led);
/*获取自旋锁*/
spin_lock(&pcdevp->lock);
if(!(--(pcdevp->opentimes) == 0)){
printk("cdev is already open!\n");
pcdevp->opentimes++;
spin_unlock(&pcdevp->lock);
return -EBUSY;
}
/*释放锁*/
spin_unlock(&pcdevp->lock);
filp->private_data = pcdevp;
return 0;
}
int cdd_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *offset)
{
int ret = 0;
u32 pos = *offset;
u32 cnt = count;
struct cdd_cdev *cdevp = filp->private_data;
//printk("enter cdd_read!\n");
if(cnt > (cdevp->data_len-pos) ){
cnt = cdevp->data_len - pos;
}
ret = copy_to_user(buf, cdevp->kbuf+pos, cnt);
//printk("kernel kbuf content:%s\n", cdevp->kbuf);
*offset += cnt;
return ret;
}
int cdd_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *offset)
{
int ret = 0;
struct cdd_cdev *cdevp = filp->private_data;
u32 pos = *offset;
u32 cnt = count;
//printk("enter cdd_write!\n");
if(cnt > (BUF_SIZE - pos) ){
cnt = BUF_SIZE - pos;
}
ret = copy_from_user(cdevp->kbuf+pos, buf, cnt);
*offset += cnt;
if(*offset > cdevp->data_len){
cdevp->data_len = *offset;
}
return ret;
}
int cdd_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long data)
{
//printk("enter cdd_ioctl!\n");
switch(cmd){
case 1://点亮灯
//设置管脚为输出功能
//参数：1.要设置的管脚编号2.默认的输出值 0低电平1高电平
gpio_direction_output(led_gpio_table[data], 0);
//禁止内部上拉
s3c_gpio_setpull(led_gpio_table[data], SEC_GPIO_PULL_NONE);
//设置输出值
gpio_set_value(led_gpio_table[data], 1);
break;
case 0://熄灭灯
//设置管脚为输出功能
//参数：1.要设置的管脚编号2.默认的输出值 0低电平1高电平
gpio_direction_output(led_gpio_table[data], 0);
//禁止内部上拉
s3c_gpio_setpull(led_gpio_table[data], SEC_GPIO_PULL_NONE);
//设置输出值
gpio_set_value(led_gpio_table[data], 0);
break;
default:
return -EINVAL;
}
return 0;
}
int cdd_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct cdd_cdev *pcdevp = filp->private_data;
printk("enter cdd_release!\n");
//加锁
spin_lock(&pcdevp->lock);
pcdevp->opentimes++;
spin_unlock(&pcdevp->lock);
return 0;
}
loff_t cdd_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
{
struct cdd_cdev *pcdevp = filp->private_data;
loff_t newpos = 0;
switch(whence){
case SEEK_SET:
newpos = offset;
break;
case SEEK_CUR:
newpos = filp->f_pos + offset;
break;
case SEEK_END:
newpos = pcdevp->data_len + offset;
break;
default:
return -EINVAL;//无效的参数
}
if( newpos<0 || newpos>= BUF_SIZE ){
return -EINVAL;
}
filp->f_pos = newpos;
return newpos;
}
struct file_operations cdd_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = cdd_open,
.read = cdd_read,
.write = cdd_write,
.ioctl = cdd_ioctl,
.release = cdd_release,
.llseek = cdd_llseek,
};
int __init cdd_init(void)
{
int ret = 0;
int i = 0;
if(cdd_major){
dev = MKDEV(CDD_MAJOR, CDD_MINOR);//生成设备号
//注册设备号;1、要注册的起始设备号2、连续注册的设备号个数3、名字
ret = register_chrdev_region(dev, CDD_COUNT, "cdd_demo");
}else{
// 动态分配设备号
ret = alloc_chrdev_region(&dev, cdd_minor, CDD_COUNT, "cdd_demo02");
}
if(ret < 0){
printk("register_chrdev_region failed!\n");
goto failure_register_chrdev;
}
//获取主设备号
cdd_major = MAJOR(dev);
printk("cdd_major = %d\n", cdd_major);
cdd_cdevp = kzalloc(sizeof(struct cdd_cdev)*CDD_COUNT, GFP_KERNEL);
if(IS_ERR(cdd_cdevp)){
printk("kzalloc failed!\n");
goto failure_kzalloc;
}
/*创建设备类*/
dev_class = class_create(THIS_MODULE, "cdd_class");
if(IS_ERR(dev_class)){
printk("class_create failed!\n");
goto failure_dev_class;
}
for(i=0; i<CDD_COUNT; i++){
/*初始化cdev*/
cdev_init(&(cdd_cdevp[i].cdev), &cdd_fops);
/*添加cdev到内核*/
cdev_add(&(cdd_cdevp[i].cdev), dev+i, 1);
/* “/dev/xxx” */
device_create(dev_class, NULL, dev+i, NULL, "cdd%d", i);
cdd_cdevp[i].led = i;
//初始化自旋锁
spin_lock_init(&(cdd_cdevp[i].lock));
cdd_cdevp[i].opentimes = 1;
}
return 0;
failure_dev_class:
kfree(cdd_cdevp);
failure_kzalloc:
unregister_chrdev_region(dev, CDD_COUNT);
failure_register_chrdev:
return ret;
}
void __exit cdd_exit(void)
{
/*逆序消除*/
int i = 0;
for(; i < CDD_COUNT; i++){
device_destroy(dev_class, dev+i);
cdev_del(&(cdd_cdevp[i].cdev));
//cdev_del(&((cdd_cdevp+i)->cdev));
}
class_destroy(dev_class);
kfree(cdd_cdevp);
unregister_chrdev_region(dev, CDD_COUNT);
}
module_init(cdd_init);
module_exit(cdd_exit);
/**
*Copyright (c) 2013.TianYuan
*All rights reserved.
*
*文件名称: char_device_driver11_test.c
*文件标识: 测试程序：telnet 连接上板子，执行一次。 板子本身再执行一次
*
*当前版本：1.0
*作者：wuyq
*
*取代版本：xxx
*原作者：xxx
*完成日期：2013-11-29
*/
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
/*手工创建设备节点文件
mknod /dev/cdd c 248 0
*/
int fd = 0;
char rbuf[100];
char wbuf[100] = "nihao!\n";
int main()
{
char ch;
fd = open("/dev/led0", O_RDWR);
if(fd < 0){
printf("open failed!\n");
return -1;
}
printf("open successed fd = %d\n", fd);
while(1)
{
printf("starting to test /dev/cdd...\n");
ch = getchar();
getchar();//取走回车
if(ch == ‘q‘){
break;
}
switch(ch){
case ‘r‘:
memset(rbuf, 0, 100);//清空
read(fd, rbuf, 3);
printf("user space from kernel: %s\n", rbuf);
break;
case ‘w‘:
write(fd, wbuf, strlen(wbuf) );
break;
case ‘o‘:
ioctl(fd, 0, 0);
break;
case ‘O‘:
ioctl(fd, 1, 0);
break;
case ‘p‘:
ioctl(fd, 0, 1);
break;
case ‘P‘:
ioctl(fd, 1, 1);
break;
case ‘l‘:
lseek(fd, 0, SEEK_SET);//移动的文件的开头
break;
default:
break;
}
sleep(1);
}
close(fd);
return 0;
}