rust - Rust 中的裸机自旋锁实现

Question

我正在 64 位模式下运行的 Raspberry Pi 3 上使用 Rust 进行裸机编程。我已经实现了一个自旋锁，如下所示:

use core::{sync::atomic::{AtomicBool, Ordering}, cell::UnsafeCell, ops::{Deref, DerefMut}};

pub struct SpinMutex<T> {
    lock: AtomicBool,
    data: UnsafeCell<T>
}

impl<T> SpinMutex<T> {
    #[allow(dead_code)]
    pub const fn new(data: T) -> Self {
        Self {
            lock: AtomicBool::new(false),
            data: UnsafeCell::new(data)
        }
    }

    pub fn lock(&self) -> SpinMutexGuard<T> {
        while self.lock.compare_exchange(false, true, Ordering::Acquire, Ordering::Relaxed).is_err() {}

        SpinMutexGuard {
            lock: &self.lock,
            data: unsafe { &mut *self.data.get() }
        }
    }
}

unsafe impl<T> Sync for SpinMutex<T> {}

pub struct SpinMutexGuard<'a, T> {
    lock: &'a AtomicBool,
    data: &'a mut T
}

impl<'a, T> Deref for SpinMutexGuard<'a, T> {
    type Target = T;
    fn deref(&self) -> &T {
        self.data
    }
}

impl<'a, T> DerefMut for SpinMutexGuard<'a, T> {
    fn deref_mut(&mut self) -> &mut T {
        self.data
    }
}

impl<'a, T> Drop for SpinMutexGuard<'a, T> {
    /// The dropping of the MutexGuard will release the lock it was created from.
    fn drop(&mut self) {
        self.lock.store(false, Ordering::Release);
    }
}

#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::{SpinMutex};

    #[test]
    fn test_spin_mutex() {
        let state = SpinMutex::new(0);

        assert_eq!(*state.lock().data, 0);

        *state.lock().data = 9;

        assert_eq!(*state.lock().data, 9);
    }
}

当我在我的本地机器(64 位 Windows)上运行测试时，锁起作用了。然而，在 Raspberry Pi 上，lock 方法陷入无限循环，永远不会返回。发生这种情况有原因吗？

这里是 Rust 如何在禁用内联的情况下编译 compare_exchange_weak:

   80ba8:   9100400a    add x10, x0, #0x10
   80bac:   085f7d48    ldxrb   w8, [x10]
   80bb0:   34000068    cbz w8, 80bbc
   80bb4:   d5033f5f    clrex
   80bb8:   14000004    b   80bc8
   80bbc:   52800029    mov w9, #0x1                    // #1
   80bc0:   080b7d49    stxrb   w11, w9, [x10]
   80bc4:   3400004b    cbz w11, 80bcc
   80bc8:   2a1f03e9    mov w9, wzr
   80bcc:   7100011f    cmp w8, #0x0
   80bd0:   52000120    eor w0, w9, #0x1
   80bd4:   1a9f07e1    cset    w1, ne  /

Answer 1

这是一个非详尽的条件列表，我确定(我已经对它们进行了两种测试)需要发生才能使原子在 EL1 (ARMv8) 中的 RPi 4 aarch64 上工作.这可能与 RPi 3 (ARMv7) 非常相似。

• 必须启用 MMU(SCTLR_EL1 位 [0] 设置为 0b1)
• 必须启用数据缓存(SCTLR_EL1 位 [2] 设置为 0b1)
• 必须通过 MAIR 将锁所在的页面标记为正常的可缓存内存(我使用了 0xff - 我不确定哪些位是冗余 wrt.atomics，但我认为没有太多理由为正常内存使用其他任何东西)。