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一、自旋锁介绍
自旋锁（Spin Lock）是一种典型的对临界资源进行互斥访问的手段，名称来源于它的工作方式。为了获得一个自旋锁，在某CPU上运行的代码需先执行一个原子操作，该操作测试并设置（Test-And-Set）某个内存变量。由于它是原子操作，所以在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仍被占用，程序将在一个小的循环内重复这个“测试并设置”操作，即进行所谓的“自旋
理解自旋锁最简单的方法是把自旋锁作为一个变量看待，该变量把一个临界区标记为“我当前在运行，请稍等一会”或者标记为“我当前不在运行，可以被使用”。如果A执行单元首先进入例程，它将持有自旋锁；当B执行单元试图进入同一个例程时，将获知自旋锁已被持有，需等到A执行单元释放后才能进入。
二、使用自旋锁注意事项
1）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，只有在占用锁的时间极短的情况下，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，需要较长时间占用锁，使用自旋锁会降低系统的性能。
2）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。
3）在自旋锁锁定期间不能调用可能引起进程调度的函数。如果进程获得自旋锁之后再阻塞，如调用copy_from_user（）、copy_to_user（）、kmalloc（）和msleep（）等函数，则可能导致内核的崩溃。
4）在单核情况下编程时，也应该认为自己的CPU是多核的，驱动特别强调跨平台的概念。比如，在单CPU的情况下，若中断和进程可能访问同一临界区，进程里调用spin_lock_irqsave（）是安全的，在中断里其实不调用spin_lock（）也没有问题，因为spin_lock_irqsave（）可以保证这个CPU的中断服务程序不可能执行。但是，若CPU变成多核，spin_lock_irqsave（）不能屏蔽另外一个核的中断，所以另外一个核就可能造成并发问题。因此，无论如何，在中断服务程序里也应该调用spin_lock（）。
三、自旋锁编程步骤
1.定义自旋锁
spinlock_t lock;
2.初始化自旋锁
spin_lock_init(lock)
该宏用于动态初始化自旋锁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，它将在那里自旋，直到该自旋锁的持有者释放。
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true，否则立即返回false，实际上不再“在原地打转”。
4.释放自旋锁
spin_unlock(lock)
该宏释放自旋锁lock，它与spin_trylock或spin_lock配对使用。
5、自旋锁使用模板
spinlock_t lock;
spin_lock_init(&lock);
spin_lock (&lock) ; /* 获取自旋锁，保护临界区 */
. . ./* 临界区 */spin_unlock (&lock) ; /* 解锁 */
四、衍生自旋锁
尽管使用自旋锁可以保证临界区不受别的CPU和本CPU内的抢占进程打扰，但是得到锁的代码路径在执行临界区的时候，还可能受到中断和底半部（BH）的影响。为了防止这种影响，需要用到自旋锁的衍生。spin_lock（）/spin_unlock（）是自旋锁机制的基础，它们和关中断local_irq_disable（）/开中断local_irq_enable（）、关底半部local_bh_disable（）/开底半部local_bh_enable（）、关中断并保存状态标志local_irq_save（）/开中断并恢复状态标志local_irq_restore（）结合形成了整套自旋锁机制，关系如下：
spin_lock_irq() = spin_lock() + local_irq_disable()
spin_unlock_irq() = spin_unlock() + local_irq_enable()
spin_lock_irqsave() = spin_lock() + local_irq_save()
spin_unlock_irqrestore() = spin_unlock() + local_irq_restore()
spin_lock_bh() = spin_lock() + local_bh_disable()
spin_unlock_bh() = spin_unlock() + local_bh_enable()
五、参考代码
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <asm/gpio.h>
#include <plat/gpio-cfg.h>
static int major;
static struct cdev btn_cdev;
static struct class *cls;
static int open_cnt = 1; //共享资源
static spinlock_t btn_lock; //分配自旋锁
static int btn_open(struct inode *inode,
struct file *file)
{
unsigned long flags;
//1.获取锁
spin_lock_irqsave(&btn_lock, flags);
//2.执行临界区,A进程在执行这个if语句时，B进程或者别的中断就不会 来进行干扰，因为有衍生自旋锁来保护
if(--open_cnt != 0) {
printk("button can be open only once!\n");
open_cnt++;
spin_unlock_irqrestore(&btn_lock, flags);
return -EBUSY;
}
//3.释放锁
spin_unlock_irqrestore(&btn_lock, flags);
printk("open buttton successfully!\n");
return 0;
}
static int btn_close(struct inode *inode,
struct file *file)
{
unsigned long flags;
spin_lock_irqsave(&btn_lock, flags); //获取锁
open_cnt++; //执行临界区
spin_unlock_irqrestore(&btn_lock, flags); //释放锁
return 0;
}
static struct file_operations btn_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = btn_open,
.release = btn_close
};
static int btn_init(void)
{
dev_t dev;
//1.申请设备号
alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "buttons");
major = MAJOR(dev);
//2.初始化注册cdev
cdev_init(&btn_cdev, &btn_fops);
cdev_add(&btn_cdev, dev, 1);
//3.自动创建设备节点:/dev/mybuttons
cls = class_create(THIS_MODULE, "buttons");
device_create(cls, NULL, dev, NULL, "mybuttons");
//4.初始化自旋锁
spin_lock_init(&btn_lock);
return 0;
}
static void btn_exit(void)
{
dev_t dev = MKDEV(major, 0);
//1.删除设备节点
device_destroy(cls, dev);
class_destroy(cls);
//2.卸载cdev
cdev_del(&btn_cdev);
//3.释放设备号
unregister_chrdev_region(dev, 1);
}
module_init(btn_init);
module_exit(btn_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
参考文章：https://blog.csdn.net/xiezhi123456/article/details/80383040
