一、为何会有rw spin lock？

在有了强大的spin lock之后，为何还会有rw spin lock呢？无他，仅仅是为了增加内核的并发，从而增加性能而已。spin lock严格的限制只有一个thread可以进入临界区，但是实际中，有些对共享资源的访问可以严格区分读和写的，这时候，其实多个读的thread进入临界区是OK的，使用spin lock则限制一个读thread进入，从而导致性能的下降。

本文主要描述RW spin lock的工作原理及其实现。需要说明的是Linux内核同步机制之（四）：spin lock是本文的基础，请先阅读该文档以便保证阅读的畅顺。

二、工作原理

1、应用举例

我们来看一个rw spinlock在文件系统中的例子：

static struct file_system_type *file_systems; 
static DEFINE_RWLOCK(file_systems_lock);

linux内核支持多种文件系统类型，例如EXT4，YAFFS2等，每种文件系统都用struct file_system_type来表示。内核中所有支持的文件系统用一个链表来管理，file_systems指向这个链表的第一个node。访问这个链表的时候，需要用file_systems_lock来保护，场景包括：

（1）register_filesystem和unregister_filesystem分别用来向系统注册和注销一个文件系统。

（2）fs_index或者fs_name等函数会遍历该链表，找到对应的struct file_system_type的名字或者index。

2、基本的策略

使用普通的spin lock可以完成上一节中描述的临界区的保护，但是，由于spin lock的特定就是只允许一个thread进入，因此这时候就禁止了多个读thread进入临界区，而实际上多个read thread可以同时进入的，但现在也只能是不停的spin，cpu强大的运算能力无法发挥出来，如果使用不断retry检查spin lock的状态的话（而不是使用类似ARM上的WFE这样的指令），对系统的功耗也是影响很大的。因此，必须有新的策略来应对：

我们首先看看加锁的逻辑：

（1）假设临界区内没有任何的thread，这时候任何read thread或者write thread可以进入，但是只能是其一。

（2）假设临界区内有一个read thread，这时候新来的read thread可以任意进入，但是write thread不可以进入

（3）假设临界区内有一个write thread，这时候任何的read thread或者write thread都不可以进入

（4）假设临界区内有一个或者多个read thread，write thread当然不可以进入临界区，但是该write thread也无法阻止后续read thread的进入，他要一直等到临界区一个read thread也没有的时候，才可以进入，多么可怜的write thread。

unlock的逻辑如下：

（1）在write thread离开临界区的时候，由于write thread是排他的，因此临界区有且只有一个write thread，这时候，如果write thread执行unlock操作，释放掉锁，那些处于spin的各个thread（read或者write）可以竞争上岗。

（2）在read thread离开临界区的时候，需要根据情况来决定是否让其他处于spin的write thread们参与竞争。如果临界区仍然有read thread，那么write thread还是需要spin（注意：这时候read thread可以进入临界区，听起来也是不公平的）直到所有的read thread释放锁（离开临界区），这时候write thread们可以参与到临界区的竞争中，如果获取到锁，那么该write thread可以进入。

三、实现

1、通用代码文件的整理

rw spin lock的头文件的结构和spin lock是一样的。include/linux/rwlock_types.h文件中定义了通用rw spin lock的基本的数据结构（例如rwlock_t）和如何初始化的接口（DEFINE_RWLOCK）。include/linux/rwlock.h。这个头文件定义了通用rw spin lock的接口函数声明，例如read_lock、write_lock、read_unlock、write_unlock等。include/linux/rwlock_api_smp.h文件定义了SMP上的rw spin lock模块的接口声明。

需要特别说明的是：用户不需要include上面的头文件，基本上普通spinlock和rw spinlock使用统一的头文件接口，用户只需要include一个include/linux/spinlock.h文件就OK了。

2、数据结构

rwlock_t数据结构定义如下：

typedef struct { 
    arch_rwlock_t raw_lock; 
} rwlock_t;

rwlock_t依赖arch对rw spinlock相关的定义。

3、API

我们整理RW spinlock的接口API如下表：

接口API描述	rw spinlock API
定义rw spin lock并初始化	DEFINE_RWLOCK
动态初始化rw spin lock	rwlock_init
获取指定的rw spin lock	read_lock write_lock
获取指定的rw spin lock同时disable本CPU中断	read_lock_irq write_lock_irq
保存本CPU当前的irq状态，disable本CPU中断并获取指定的rw spin lock	read_lock_irqsave write_lock_irqsave
获取指定的rw spin lock同时disable本CPU的bottom half	read_lock_bh write_lock_bh
释放指定的spin lock	read_unlock write_unlock
释放指定的rw spin lock同时enable本CPU中断	read_unlock_irq write_unlock_irq
释放指定的rw spin lock同时恢复本CPU的中断状态	read_unlock_irqrestore write_unlock_irqrestore
获取指定的rw spin lock同时enable本CPU的bottom half	read_unlock_bh write_unlock_bh
尝试去获取rw spin lock，如果失败，不会spin，而是返回非零值	read_trylock write_trylock

在具体的实现面，如何将archtecture independent的代码转到具体平台的代码的思路是和spin lock一样的，这里不再赘述。

2、ARM上的实现

对于arm平台，rw spin lock的代码位于arch/arm/include/asm/spinlock.h和spinlock_type.h（其实普通spin lock的代码也是在这两个文件