如何在 Linux 内核中的列表条目上使用自旋锁？

Question

我正在为 Linux 内核开发一个补丁。我必须使用几个 列表，我必须保护它们免受并发修改 多核机器。我正在尝试使用自旋锁来实现这个目标，但是 有件事我无法理解。我必须锁定 a 的条目 列表（我正在使用链表的linux默认实现）和它 进程可能会调用系统调用来删除其中的一个元素 列表中的同一个元素由于某些原因而被锁定 实际上正在对其进行修改。如果我插入一个自旋锁 在列表条目内，如果进程设法删除它会发生什么 当有人对其进行自旋锁定时？我应该锁定整个列表吗？ 我正在寻找一段代码来解释如何处理这个问题 情况。

例如，此代码不应该工作（请参阅最后一行的注释 代码）：

   struct lista{
    int c;
    spinlock_t lock;
    struct list_head;
}

spinlock_t list_lock;
struct lista lista;


//INSERT
struct lista* cursor;
struct lista* new = (struct lista*) kmalloc(sizeof(struct lista),GFP_KERNEL);

/*do something*/
spin_lock(&list_lock);     //Lock on the whole list
list_for_each_entry(cursor,&lista.list,list){
    if (cursor->c == something ){
        ...
        spin_unlock(&list_lock)  //unlock
        spin_lock(&cursor->lock) // Lock on list entry
        list_add(&new->list, &lista.list);
        spin_unlock(&cursor->lock)  // unlock of the list entry
        ...
    }
}


//REMOVAL
struct lista* cursor;

spin_lock(&list_lock);  
list_for_each_entry(cursor,&lista.list,list){
    if (cursor->c == something ){
        ...
        spin_unlock(&list_lock)  //unlock
        spin_lock(&cursor->lock) // Lock on list entry
        list_del(&cursor.list,&lista.list);
        spin_unlock(&cursor->lock)  // unlock of the list entry
        kfree(cursor);  //WHEN THE ENTRY IS FREED SOMEONE COULD HAVE TAKEN THE LOCK SINCE IT IS UNLOCKED
        ...
    }
}

你能帮我吗？

Answer 1

几乎可以肯定，您根本不应该使用自旋锁，除非存在来自硬 IRQ 上下文的并发访问。请改用互斥体。

对于列表来说，最简单的选择就是在操作时锁定整个列表。不要担心每个项目的锁，除非您发现列表锁上有足够的争用，您需要它（在这种情况下，无论如何，您可能想考虑使用 RCU）。

Answer 2

您的列表头不需要是 struct lista，它应该只是一个 struct list_head。请注意，您继续使用 &lista.list，它应该只是一个名为“list”或其他名称的 list_head。例如，请参阅drivers/pci/msi.c中的代码，请注意dev->msi_list只是一个list_head，而不是<代码>struct msi_desc。

您无法安全地删除列表锁然后获取光标锁。有可能在您删除列表锁定之后但在获得光标锁定之前，其他人进来并释放了您的光标。您可以玩弄这些锁，但这非常很容易出错。

您几乎肯定只想要整个列表的一把锁，而不需要针对每个项目的锁。列表锁应该是互斥锁，除非您需要从中断上下文中操作列表。

Answer 3

如果您不处理必须使用自旋锁的设备和/或内核关键部分（因为它禁用抢占和中断（根据请求）），则 Y 2 使用自旋锁，这将不必要地关闭您的抢占和中断。中断。
在列表和列表中也使用信号量或互斥体不列出项目看起来更好的解决方案。

Answer 4

在删除完该项目之前，请勿释放 list_lock。

您可能会遇到以下稍微尴尬的过程：

1. 获取列表锁（这将阻止其他传入线程）
2. 获取项目锁，释放项目锁（这确保所有较早的线程都已完成）
3. 删除项目
4. 释放列表锁。

变体：使用读写锁作为列表锁。

想要修改列表项的线程会获取读者锁；这允许多个线程并行操作列表。

想要删除列表项的线程会获取写入器锁；这会等待所有读者退出并阻止它们，直到您释放它。在这种情况下，您仍然必须保持列表锁定，直到完成删除该项目为止，

这样您就可以避免上面的步骤 2。这在概念上似乎更清晰，因为您不需要解释看起来毫无意义的锁定/释放。