互斥锁和自旋锁的区别

太过爱你忘了你带给我的痛 2021-06-26 16:06 485阅读 0赞

## 自旋锁(`Spin lock`) ##

自旋锁与互斥锁有点类似，只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。其作用是为了解决某项资源的互斥使用。因为自旋锁不会引起调用者睡眠，所以自旋锁的效率远高于互斥锁。虽然它的效率比互斥锁高，但是它也有些不足之处：

1、自旋锁一直占用`CPU`，他在未获得锁的情况下，一直运行－－自旋，所以占用着`CPU`，如果不能在很短的时 间内获得锁，这无疑会使`CPU`效率降低。

2、在用自旋锁时有可能造成死锁，当递归调用时有可能造成死锁，调用有些其他函数也可能造成死锁，如 `copy_to_user()`、`copy_from_user()`、`kmalloc()`等。

因此我们要慎重使用自旋锁，自旋锁只有在内核可抢占式或`SMP`的情况下才真正需要，在单`CPU`且不可抢占式的内核下，自旋锁的操作为空操作。自旋锁适用于锁使用者保持锁时间比较短的情况下。

## 两种锁的加锁原理 ##

互斥锁：线程会从`sleep`（加锁）——>`running`（解锁），过程中有上下文的切换，`cpu`的抢占，信号的发送等开销。

自旋锁：线程一直是`running`(加锁——>解锁)，死循环检测锁的标志位，机制不复杂。

互斥锁属于`sleep-waiting`类型的锁。例如在一个双核的机器上有两个线程(线程A和线程B)，它们分别运行在`Core0`和 `Core1`上。假设线程`A`想要通过`pthread_mutex_lock`操作去得到一个临界区的锁，而此时这个锁正被线程`B`所持有，那么线程`A`就会被阻塞 (`blocking`)，`Core0` 会在此时进行上下文切换(`Context Switch`)将线程`A`置于等待队列中，此时`Core0`就可以运行其他的任务(例如另一个线程`C`)而不必进行忙等待。而自旋锁则不然，它属于`busy-waiting`类型的锁，如果线程`A`是使用`pthread_spin_lock`操作去请求锁，那么线程`A`就会一直在 `Core0`上进行忙等待并不停的进行锁请求，直到得到这个锁为止。

## 两种锁的区别 ##

互斥锁的起始原始开销要高于自旋锁，但是基本是一劳永逸，临界区持锁时间的大小并不会对互斥锁的开销造成影响，而自旋锁是死循环检测，加锁全程消耗`cpu`，起始开销虽然低于互斥锁，但是随着持锁时间，加锁的开销是线性增长。

## 两种锁的应用 ##

互斥锁用于临界区持锁时间比较长的操作，比如下面这些情况都可以考虑

1.  临界区有`IO`操作
2.  临界区代码复杂或者循环量大
3.  临界区竞争非常激烈
4.  单核处理器

至于自旋锁就主要用在临界区持锁时间非常短且`CPU`资源不紧张的情况下，自旋锁一般用于多核的服务器。