PREEMPT_RT下local_lock与锁组合使用的技术疑问

背景说明 #

近期学习Linux内核锁相关内容，了解到以下关键信息：

• 在非PREEMPT_RT内核中，代码序列：

  local_lock_irq(&local_lock);
  raw_spin_lock(&lock);
  

  完全等价于：

  raw_spin_lock_irq(&lock);
  

• 但上述序列在PREEMPT_RT内核中会失效，原因是local_lock_irq()被映射为不关闭中断和抢占的per-CPU spinlock_t；
• 而代码序列：

  local_lock_irq(&local_lock);
  spin_lock(&lock);
  

  在两种内核中均可正常工作。

已知PREEMPT_RT内核的实现细节：

• local_lock_irq通过migrate_disable和per-CPU自旋锁实现，不关闭中断和抢占；
• spin_lock基于RT_MUTEX实现；
• IRQ以中断线程形式运行。

疑问解答 #

1. 第一个代码序列在PREEMPT_RT下失效，是否因执行local_lock_irq后可能被中断线程抢占？ #

是的，核心原因就是执行local_lock_irq后可能被中断线程抢占，进而引发死锁：

• PREEMPT_RT下，local_lock_irq仅禁止任务迁移、保护当前CPU上的临界区，但不关闭中断，也不禁止抢占。中断以线程形式运行，优先级通常高于普通线程，因此会抢占当前持有local_lock_irq的执行流；
• raw_spin_lock在PREEMPT_RT下仍为自旋锁，获取时会禁用抢占。若被抢占的线程已持有raw_spin_lock，中断线程若尝试获取同一个raw_spin_lock，会进入自旋等待状态；但持有锁的线程因被抢占无法继续执行释放锁，最终导致死锁，这就是序列失效的原因。

2. 第二个序列中，非PREEMPT_RT内核下spin_lock等价于raw_spin_lock，为何该序列能在两种内核中正常工作？ #

这是因为spin_lock在PREEMPT_RT和非PREEMPT_RT下的实现特性，结合local_lock_irq的作用，刚好适配两种场景：

• 非PREEMPT_RT内核：spin_lock等价于raw_spin_lock，此时序列local_lock_irq(&local_lock); spin_lock(&lock);和raw_spin_lock_irq(&lock);的效果完全一致——local_lock_irq关闭本地CPU中断并防止迁移，spin_lock处理SMP并发，合起来等同于关闭中断的自旋锁，自然能正常工作；
• PREEMPT_RT内核：
  • local_lock_irq仍保证当前CPU上无其他执行流进入临界区，同时允许抢占；
  • spin_lock基于RT_MUTEX实现，获取锁时若无法立即持有，会进入睡眠等待而非自旋。即便当前执行流被中断线程抢占，中断线程若尝试获取同一个spin_lock，会进入睡眠，不会阻塞持有锁的线程后续执行；持有锁的线程被调度回来后，能正常释放锁，中断线程也能被唤醒获取锁，不会出现死锁。
    两者配合既满足了本地CPU的临界区保护，又适配了PREEMPT_RT的抢占式设计，因此能正常工作。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者weikang guo