Linux線程間同步③：自旋鎖Spinlock

標簽： Linux 操作系統

對于Mutex互斥鎖，其同一時間只能被一個線程所占有，其它申請該鎖的線程會進入阻塞休眠態，讓出CPU時間片。

其一般使用在臨界區邏輯較長的程序中，使得多線程互斥的訪問臨界資源。而Linux中引入自旋鎖主要是解決多處理器

對內核數據結構的互斥訪問。確保其訪問的原子性，基本流程為：鎖定=》操作=》解鎖

自旋鎖其功能和互斥鎖類似，目的是保護一小段臨界區的原子性，其本質為一個原子變量atomic，主要包含兩種狀態：

locked
unlocked

當一個任務希望執行訪問臨界資源的臨界區時，需要檢查這個鎖是否處于Unlocked解鎖狀態。

若自旋鎖正處于Locked鎖定狀態，當前線程會一直自旋：不斷的檢查鎖是否可用，即處于忙等待過程。占用CPU時間片。

①其相較于互斥鎖優缺點？

互斥鎖在鎖不可用時，會進入阻塞態，讓出CPU，而自旋鎖會處于忙等待，避免上下文切換，

因此其適用于臨界區較短的程序中。

②為什么需要引入自旋鎖？

解決多處理器情形（SMP體系）下互斥進入臨界區的問題。

兩個線程的任務分別運行在不同的CPU上，那么它們將無法做到互斥進入臨界區。

自旋鎖：

確保在不同CPU上執行的線程只有一個可以獲取該互斥結構，從而確保多核下訪問臨界區的互斥性。

其結構spinlock的內容為：

typedef  struct spinlock
{
    union
    {
        struct raw_spinlock rlock;
    };

}spinlock_t;
typedef  struct raw_spinlock
{
    arch_spinlock_t raw_lock;
}raw_spinlock_t;
typedef struct qspinlock
{
    atomic_t val;
}arch_spinlock_t;

可以看到 spinlock在X86-64體系下，本質是一個atomic原子變量。

【自旋鎖的死鎖問題】

首先關于中斷：

中斷：外部事件發生時，中斷控制器通知CPU，CPU切換到中斷處理程序上下文，進行外部事件處理。

①中斷造成死鎖

Linux SpinLock解決思路：進入臨界區時，禁止中斷，從而避免切換到中斷上下文。

搶占：高優先級的任務搶占正在執行的低優先級的任務，從而獲得CPU使用勸。

②同一個CPU上搶占造成死鎖

多個進程上下文運行在同一個CPU上，當高優先級任務搶占了正在執行的低優先級任務，而低優先級任務正處于臨界區。

Linux SpinLock解決思路：進入臨界區時，禁止搶占。

由此可見，自旋鎖其主要特點是：

主要是為了解決多個CPU體系下，小段臨界區的保護。
由于互斥鎖的忙等待特性，其容易引起死鎖。解決思路是進入臨界區時禁止中斷或搶占

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