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多线程编程之自旋锁

自旋锁是专为防止多处理器并发(实现保护共享资源)而引入的一种锁机制。自旋锁与互斥锁比较类似,它们都是为了解决对某项资源的互斥使用。无论是互斥锁,还是自旋锁,在任何时刻,最多只能有一个保持者,也就说,在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。但是两者在调度机制上略有不同。对于互斥锁,如果资源已经被占用,资源申请者只能进入睡眠状态。但是自旋锁不会引起调用者睡眠,如果自旋锁已经被别的执行单元保持,调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁,“自旋”一词就是因此而得名。自旋锁在内核中大量应用于中断处理等部分(对于单处理器来说,防止中断处理中的并发可简单采用关闭中断的方式,即在标志寄存器中关闭/打开中断标志位,不需要自旋锁)。

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spin_lock的变体

当处理器上当前进程A需要对共享变量a操作,所以在操作前通过spin_lock获取锁进入临界区,如上图标号1。当进程A进入临界区后,进程A所在的处理器发生了一个外部硬件中断,此时系统必须停下进程A的执行转向执行中断,如上图标号2。假设中断处理程序也需要操作共享变量a,所以在操作之前也许要调用spin_lock获取锁来操作变量a。当中断处理程序试图去获取变量a的时候,因为之前被中断的进程A已经获取了锁,于是将导致中断处理程序进入自旋状态。在中断处理程序中出现自旋是非常致命的,因为中断处理程序必须尽可能短的返回。同时被中断进程A因中断处理程序不能返回而无法恢复执行,也就不可能释放锁,所以将导致中断处理程序一直自旋下去,出现死锁。所以就引入了spin_lock的变体出现。

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