JOS大内核锁

JOSlab4里面，采用了SMT的操作系统，所以可能存在两个CPU同时进入内核态，虽然CPU之间的内核栈，但是多核同步可能还是会出现问题，所以JOS采用大内核锁来锁住整个内核，使得每次只有一个CPU会进入内核，另外的CPU如果申请进入内核态，是进不去的。

　　　　首先，看一下内核锁的实现方法：

　　

struct spinlock {
unsigned locked;
};

/***************************************/
spin_lock(struct spinlock *lk)
{

while (xchg(&lk->locked, 1) != 0)
asm volatile ("pause");
}

/************************************************/
void
spin_unlock(struct spinlock *lk)
{
xchg(&lk->locked, 0);
}

　　总共只有三个不同的内容，一个变量，还有就是上锁和解锁。

　　首先看xchg操作，xchg操作是一个原子操作，它的作用就是交换两个参数，并且返回第一个参数原来的值。

　　现在看下上锁过程，假设CPU0进入内核，首先要进行上锁操作，

　　xchg(&lk->locked, 1)

　　

　　CPU0会执行上面的原子操作，并且返回lk->locked的原来的值，如果原来的值是0，则进入内核，并且内核也被上锁，即lk->locked被赋值为1，当其他CPU要进入的时候，lk->locked一直是1，此时，会执行：

　　 asm volatile (“pause”);

　　 pause指令：

　　

Improves the performance of spin-wait loops. When executing a “spin-wait loop,” a Pentium 4 or Intel Xeon processor suffers a severe performance penalty when exiting the loop because it detects a possible memory order violation. The PAUSE instruction provides a hint to the processor that the code sequence is a spin-wait loop. The processor uses this hint to avoid the memory order violation in most situations, which greatly improves processor performance. For this reason, it is recommended that a PAUSE instruction be placed in all spin-wait loops.

An additional fucntion of the PAUSE instruction is to reduce the power consumed by a Pentium 4 processor while executing a spin loop.

所以，用pause可以让CPU知道接下来的指令是用来自旋等待，就不用做memory reorder了，cache也不用废除了(cache是很宝贵的资源,进程切换的一个重要资源房费就是会导致cache失效，从而导致缓存不命中的问题)。而且附加的功能——减少能耗。

所以用pause就是提醒CPU接下来的指令是自旋等待，什么都不用干，然后CPU一直查询lk->locked的值，直到它的值变为了0,。

2.解锁

解锁就比较简单了，直接把lk->locked变成0就可以了。

　　所以，总的来说，JOS用了一个简单的自旋锁来当成一个大的内核锁，这里的内核锁实现是用xchg原子操作了实现的。总体来说，这个方法的优点就是实现简单，而且绝对不会出错。缺点也很明显，效率太低了，估计CPU会有很多时间浪费在等待上面。

　　所以后来的内核的方法，主要采用的是在关键资源上面加锁，而不是在整个内核加锁，这样效率就可以大大的提高，但是相对的实现的难度也加大了。