如何监控linux自旋锁等待时间？

Question

我阅读了linux内核中的spinlock函数代码。有两个与自旋锁相关的函数。请看下面的代码：

static __always_inline void __ticket_spin_lock(raw_spinlock_t *lock)
{
    short inc = 0x0100;

    asm volatile (
        LOCK_PREFIX "xaddw %w0, %1\n"
        "1:\t"
        "cmpb %h0, %b0\n\t"
        "je 2f\n\t"
        "rep ; nop\n\t"
        "movb %1, %b0\n\t"
        /* don't need lfence here, because loads are in-order */
        "jmp 1b\n"
        "2:"
        : "+Q" (inc), "+m" (lock->slock)
        :
        : "memory", "cc");
}
static __always_inline void __ticket_spin_lock(raw_spinlock_t *lock)
{
    int inc = 0x00010000;
    int tmp;

    asm volatile(LOCK_PREFIX "xaddl %0, %1\n"
             "movzwl %w0, %2\n\t"
             "shrl $16, %0\n\t"
             "1:\t"
             "cmpl %0, %2\n\t"
             "je 2f\n\t"
             "rep ; nop\n\t"
             "movzwl %1, %2\n\t"
             /* don't need lfence here, because loads are in-order */
             "jmp 1b\n"
             "2:"
             : "+r" (inc), "+m" (lock->slock), "=&r" (tmp)
             :
             : "memory", "cc");
}

我有两个问题：

1.上面两个函数有什么区别？

2.如何监控自旋锁的等待时间（第一次尝试锁，最后获得锁的时间）？变量inc是指自旋锁的等待时间吗？

Answer 1

让我先解释一下自旋锁代码是如何工作的。我们有变量

uint16_t inc = 0x0100,
         lock->slock;     // I'll just call this "slock"

在汇编代码中，inc 被称为%0，slock 被称为%1。而且%b0表示低8位，即inc % 0x100，%h0就是inc / 0x100。

现在：

lock xaddw %w0, %1    ;; "inc := slock"  and  "slock := inc + slock"
                      ;; simultaneously (atomic exchange and increment)
1:
    cmpb %h0, %b0     ;; "if (inc / 256 == inc % 256)"
    je 2f             ;; "    goto 2;"
    rep ; nop         ;; "yield();"
    movb %1, %b0      ;; "inc = slock;"
    jmp 1b            ;; "goto 1;"
2:

如果inc 为零，则比较inc 的高字节和低字节成功。由于inc 具有原始锁的值，因此如果锁被解锁，就会发生这种情况。在这种情况下，锁已经通过原子交换增量增加到非零，所以它现在被锁定了。

否则，即如果锁已经被锁定，我们暂停一下，然后将inc更新为锁的当前值，然后重试。

（如果 2⁸ 个线程同时尝试获取自旋锁，我相信实际上存在溢出的可能性。在这种情况下，slock 会更新为 0x0100, 0x0200, ... 0xFF00 , 0x0000，然后似乎已解锁。也许这就是代码的第二个版本使用 16 位宽的计数器的原因，这需要同时尝试 2¹⁶ 次。）

现在让我们插入一个计数器：

uint32_t spincounter = 0;

asm volatile( /* code below */
    : "+Q" (inc), "+m" (lock->slock)
    : "=r" (spincounter)
    : "memory", "cc");

现在spincounter 可以称为%2。我们只需要每次递增计数器：

1:
    inc %2
    cmpb %h0, %b0
    ;; etc etc

我没有对此进行测试，但这是一般的想法。