自旋锁（spin lock)学习

超、凢脫俗 2022-08-29 00:09 169阅读 0赞

**目录**

目的

用途

与互斥锁区别

相同点

不同点

原理

可能出现的问题

死锁（骑驴找驴）

过多占用cpu资源

使用场景

--------------------

# 目的 #

为了防止多处理器并发，**保护共享资源。**

# **用途** #

在内核中大量用于中断处理。

> 对于单处理器，防止中断处理中的并发可以采用关闭中断的方式（标志寄存器中的中断标志位）

# 与互斥锁区别 #

## 相同点 ##

*  为保护共享资源提出的锁机制：为了解决对某项资源的互斥使用。
 *  在任何时刻，最多只能有一个执行单元获得锁。
 *  一个执行单元要想访问被锁保护的共享资源，必须先得到锁，在访问完共享资源后，必须释放锁。

## 不同点 ##

**调度机制上不同：**

对于互斥锁，如果资源已被占用，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，如果自旋锁已被别的执行单元保持，调用者就一直循环等待。

# 原理 #

**过程：**

> 1.  获取锁
> 2.  访问共享资源
> 3.  释放锁

如果在获取自旋锁时，没有任何执行单元保持该锁，那么将立即获取锁。

如果在获取锁时已经有持有者，那么锁操作将自旋，直到自旋锁的保持者释放了锁。

# 可能出现的问题 #

## 死锁（骑驴找驴） ##

试图**递归地获得自旋锁**必然会引起死锁：

> 递归程序的持有实例在第二个实例循环，以试图获得相同自旋锁时，不会释放此自旋锁。

在递归程序中使用自旋锁应遵守下列策略：

1.  递归程序决不能在持有自旋锁时调用它自己
2.  决不能在[递归调用][Link 1]时试图获得相同的自旋锁

此外如果一个进程已经将资源锁定，那么，即使其它申请这个资源的进程不停地疯狂“自旋”,也无法获得资源，从而进入[死循环][Link 2]。

## 过多占用[cpu][]资源 ##

如果不加限制，由于申请者一直在循环等待，因此自旋锁在锁定的时候,如果不成功,不会睡眠,会持续的尝试,单cpu的时候自旋锁会让其它process动不了. 因此，一般自旋锁实现会有一个**参数限定最多持续尝试次数**. 超出后, 自旋锁放弃当前time slice. 等下一次机会。

# 使用场景 #

自旋锁比较适用于**锁使用者保持锁时间比较短**的情况。

正是由于自旋锁使用者一般保持锁时间非常短，因此选择自旋而不是睡眠是非常必要的，自旋锁的效率远高于[互斥锁][Link 3]。

**[信号量][Link 4]和读写信号量适合于保持时间较长的情况**，它们会导致调用者睡眠，因此只能在[进程上下文][Link 5]使用，而自旋锁适合于保持时间非常短的情况，它可以在任何上下文使用。如果被保护的[共享资源][Link 6]只在进程上下文访问，使用信号量保护该共享资源非常合适，如果对共享资源的访问时间非常短，自旋锁也可以。但是如果被保护的共享资源需要在中断上下文访问（包括底半部即[中断处理][Link 7]句柄和顶半部即[软中断][Link 8]），就必须使用自旋锁。**自旋锁保持期间是抢占失效的**，而信号量和读写信号量保持期间是可以被抢占的。自旋锁只有在[内核][Link 9]可抢占或[SMP][]（多处理器）的情况下才真正需要，在单CPU且不可抢占的内核下，自旋锁的所有操作都是空操作。

总之，自旋锁是一种对**多处理器**相当有效的机制，而在单处理器[非抢占式][Link 10]的系统中基本上没有作用。自旋锁在**SMP系统**中应用得相当普遍。

在许多SMP系统中，允许多个[处理机][Link 11]同时执行[目态][Link 12]程序，而一次只允许一个处理机执行操作系统代码，利用一个自旋锁可以很容易实现这种控制．一次只允许一个CPU执行核心代码并发性不够高，若期望核心程序在多[CPU][]之间的[并行执行][Link 13]，将核心分为若干相对独立的部分，不同的CPU可以同时进入和执行核心中的不同部分，实现时可以为每个相对独立的区域设置一个自旋锁.

自旋锁的基本形式如下：

> spin\_lock(&mr\_lock);
> 
> //[临界区][Link 14]
> 
> spin\_unlock(&mr\_lock);

[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E9%80%92%E5%BD%92%E8%B0%83%E7%94%A8
[Link 2]: https://baike.baidu.com/item/%E6%AD%BB%E5%BE%AA%E7%8E%AF
[cpu]: https://baike.baidu.com/item/cpu
[Link 3]: https://baike.baidu.com/item/%E4%BA%92%E6%96%A5%E9%94%81
[Link 4]: https://baike.baidu.com/item/%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E9%87%8F
[Link 5]: https://baike.baidu.com/item/%E8%BF%9B%E7%A8%8B%E4%B8%8A%E4%B8%8B%E6%96%87
[Link 6]: https://baike.baidu.com/item/%E5%85%B1%E4%BA%AB%E8%B5%84%E6%BA%90
[Link 7]: https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%AD%E6%96%AD%E5%A4%84%E7%90%86
[Link 8]: https://baike.baidu.com/item/%E8%BD%AF%E4%B8%AD%E6%96%AD
[Link 9]: https://baike.baidu.com/item/%E5%86%85%E6%A0%B8
[SMP]: https://baike.baidu.com/item/SMP
[Link 10]: https://baike.baidu.com/item/%E9%9D%9E%E6%8A%A2%E5%8D%A0%E5%BC%8F
[Link 11]: https://baike.baidu.com/item/%E5%A4%84%E7%90%86%E6%9C%BA
[Link 12]: https://baike.baidu.com/item/%E7%9B%AE%E6%80%81
[CPU]: https://baike.baidu.com/item/CPU/120556
[Link 13]: https://baike.baidu.com/item/%E5%B9%B6%E8%A1%8C%E6%89%A7%E8%A1%8C
[Link 14]: https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%B4%E7%95%8C%E5%8C%BA