一、背景

linux系統里有非常多的鎖種類，除了spinlock，mutex，rwlock，rwsem，還有rcu及順序鎖，這里面還有不少鎖變種，比如spinlock的帶bh或者irq字樣的lock/unlock，還有nmi里可以用的順序鎖，還有不同模式的rcu等等，可見linux里的鎖或者說內核同步原語的細節是非常非常多的。

普通linux里已經有這么多的細節了，但是如果加上rt-linux的patch，鎖的細節就更加多了，尤其是rt-linux里與提高實時性相關的重要的鎖改動，也就是以rtmutex為核心的那些鎖的改動。

在之前的博客?rcu的實例、注意事項及原理講解_rcu使用實例-CSDN博客 里，我們已經詳細介紹了rcu，另外，在之前的博客?順序鎖的原理和使用注意事項-CSDN博客 里，我們也詳細介紹了順序鎖，這篇博客里就不涉及這兩個鎖了。

這篇博客里，我們基于rt-linux這個大前提，來分析rt-linux里所有用到rtmutex核心的那些鎖的調用鏈情況，從而能整體上對rt-linux里的這些rtmutex的衍生品鎖，所謂的泛rtmutex鎖有一個整體的認知。

二、泛rtmutex鎖的調用鏈完整圖及整體介紹

2.1?泛rtmutex鎖的調用鏈完整圖

我有整理一個泛rtmutex鎖的調用鏈完整圖，在資源?https://download.csdn.net/download/weixin_42766184/90894722 里。

完整的圖非常非常大，縮小以后完全看不清：

2.2 整體介紹

rt-linux系統為了提高整個系統的實時性，修改了spinlock的實現，除了raw_spin_lock_xx保持原來的實現之外，其他的不帶raw的spinlock都改成了rtmutex為核心的實現。不帶raw的spinlock里不再像普通linux里一直死鎖樂觀地一等到底，而是等一段時間后，變為了rtmutex的等待方式，交出cpu，這樣做肯定會讓系統的吞吐量下降，因為上下文切換變多了，但是好處就是讓鎖的邏輯里也增加了調度點，讓系統里更高優先級的任務能更早地進行響應。

這篇博客并不會深入到具體某個鎖的實現細節里去，主要看的是rt-linux下rtmutex核心的這些鎖的調用鏈關系，看里面哪些邏輯是公用的，是如何使用rtmutex核心的邏輯，各個鎖之間的調用鏈關系上。

在第三章里的分類介紹之前，我們對整理出的圖里的共性內容做一些簡要說明。

2.2.1?CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC和CONFIG_LOCKDEP

可以從圖里看到，mutex系列、rt_mutex系列、down_read/up_read/down_write/up_write系列、rt讀寫鎖系列、讀寫鎖系列、rt自旋鎖系列、自旋鎖系列都有關于CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC編譯選項開和不開的一些分叉，在開了CONFIG_DEBUG_LOCK_ALLOC時，會多出一些xx_nested函數和宏，這些是用于調試lock的，用于檢查內核是否錯誤地釋放被持有的鎖，什么意思呢？就是檢測使用中的鎖是否被意外釋放，或者使用中的鎖被重新初始化，或者在進程退出時有持有鎖。另外，圖里還有一些與CONFIG_LOCKDEP編譯選項有關的宏或者函數的定義分叉，CONFIG_LOCKDEP是整個lockdep的總開關，更多的關于lockdep的編譯選項的描述就不在這里展開了。

2.2.2 rtmutex核心邏輯函數

另外一點重點需要說明的是，圖里列出來的這些鎖，無論是哪個系列的鎖，最終都會或多或少的使用到rtmutex核心邏輯的一些實現的接口函數，所以rtmutex核心邏輯的實現的接口函數還是非常多的，其實現在rtmutex.c里，在圖里并沒有列全，列了一部分，為的是有一個直觀的認知，是最終用到了rtmutex的核心函數，如下：

這塊rtmutex的核心邏輯函數主要是處理一些與優先級繼承相關的一些功能，用于防止優先級反轉等影響系統實時性而加的一些邏輯。

我們以__rt_mutex_slowlock來做一個展開，這個函數里的實現大致有下圖里的這些內容：

可以看到，__rt_mutex_slowlock的實現里的這些函數大部分都是被其他函數如__rwbase_read_unlock，rt_mutex_slow_unlock、rt_mutex_slowunlock等函數所復用的。

2.2.3 rwbase_rt.c里被同時兩個.c包含呈現兩種不同的實現形態

rwbase_rt.c以及使用rwbase_rt.c的rwsem.c和spinlock_rt.c是一個有點類似C++基類繼承的關系，就是說rwbase_rt.c是實現了一個基類，rwbase_rt.c的這個基類的實現里用到了一些純虛接口，而這些用到的純虛接口是在rwsem.c和spinlock_rt.c里各自定義自己的實現的。

這其實就是linux內核里，用C來模擬出C++的繼承的方式，進行的一種抽象的實現，和內核里大量存在ops函數的用法不一樣，但是核心的思想是一樣的。

下圖就是圖里的上面說的rwsem.c和spinlock_rt.c里同一個函數rwbase_rtmutex_slowlock_locked的不同的呈現形態（實際有了不同的實現）：

三、分類介紹

我們按照圖里的從上到下的順序進行依次介紹。

3.1 mutex系列和rt_mutex系列

mutex系列指的是調用的函數是mutex_開頭的這些鎖，如下圖：

?rt_mutex系列指的是調用的函數是ww_mutex_開頭的這些鎖，如下圖：

在rt-linux系統上，mutex系列和rt_mutex系列雖然在函數定義上來說并沒有馬上畫等號的指代，但是，很快就邏輯上合并了，如下圖，mutex_xx系列用到的__mutex_lock_common繼而就馬上用到了__rt_mutex_lock，而rt_mutex_xx系列用到的_rt_mutex_lock_common繼而馬上也用到了__rt_mutex_lock：

對于mutex_trylock直接用的就是__rt_mutex_trylock來實現的。

3.2 ww_mutex系列

ww_mutex系列指的是調用的函數是ww_mutex_開頭的這些鎖，如下圖：

ww_mutex系列是用于處理AB-BA死鎖情形的一個鎖，但是這種處理其實也只是說是為了避免系統嚴重的死鎖崩潰，即，當檢測到發生死鎖時，讓其中一個鎖先unlock。

ww-mutex里ww表示wound-wait，是受傷地等待的意思，一方受傷地等待比讓系統直接崩潰看起來會好一些，但是這可能也隱藏了問題，當前系統里使用ww_mutex系列的鎖的人并不多。

需要說明的是ww_mutex系列的鎖最終用到的還是rt_mutex_slowlock這樣的rtmutex核心邏輯函數來實現的。

3.3?down_read/up_read/down_write/up_write系列

down_read/up_read/down_write/up_write系列指的是調用的函數是down_read_開頭和up_read/down_write_開頭/up_write的這些鎖，如下圖：

down_read/up_read/down_write/up_write系列其實也就是rwsem系列，rwsem和讀寫spinlock鎖都是有讀和寫兩個角色的，都是為了照顧多讀少寫場景下的并發性能，前者rwsem是會睡眠的，這是很顯然的，后者讀寫spinlock鎖在普通linux下是樂觀地死等的，而在rt-linux下，則是會進行睡眠的。

回到這里說的rwsem，這個down_read/up_read/down_write/up_write系列的核心實現在rwsem.c里，而rwsem.c剛 2.2.3 里也講到，是用到了rwbase_rt.c里的“基類”實現。

3.4?rt讀寫鎖系列和讀寫鎖系列

rt讀寫鎖系列指的是調用的函數是rt_write_開頭和rt_read_開頭的這些鎖，如下圖：

讀寫鎖系列指的是調用的函數是write_開頭和read_開頭的這些鎖，如下圖：

rt-linux里rt讀寫鎖和讀寫鎖在實現是很快就合并到用rt_write_xx和rt_read_xx這些rt_開頭的接口里了：

rt_write_xx和rt_read_xx的具體實現，是在spinlock_rt.c里，而spinlock_rt.c剛 2.2.3 里也講到，是用到了rwbase_rt.c里的“基類”實現。

3.5?rt自旋鎖系列和自旋鎖系列

rt自旋鎖系列指的是調用的函數是rt_spin_開頭的這些鎖，如下圖：

自旋鎖系列指的是調用的函數是spin_開頭的這些鎖，如下圖：

與 3.4 差不多，這里的 rt自旋鎖系列和自旋鎖系列很快也在實現上合并了，都是用的rt_spin_xx開頭的這些的實現，這些的實現里，用到了rt_mutex_slowtrylock、rtlock_slowlock等rtmutex里的核心實現函數，這些核心函數的使用在實現上和rt_mutex_系列接口相比，在使用rtmutex核心邏輯函數上，也是比較接近的。