自旋锁和互斥锁的区别

Posted 2020-08-19

POSIX threads(简称Pthreads)是在多核平台上进行并行编程的一套API。线程同步是并行编程中非常重要的通讯手段，其中最典型的应用就是用

Pthreads提供的锁机制(lock)来对多个线程之间的共享临界区(Critical Section)进行保护(另一种常用的同步机制是barrier)。

Pthreads提供了多种锁机制：

• Mutex(互斥量)：pthread_mutex_t
• Spin lock(自旋锁): pthread_spin_t
• Condition Variable(条件变量): pthread_cond_t
• Read/Write lock(读写锁)：pthread_rwlock_t

Pthreads提供的Mutex锁操作相关的API主要有：

• pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);
• pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex);
• pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

Pthreads提供的Spin Lock锁操作相关的API主要有：

• pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t *lock);
• pthread_spin_trylock(pthread_spinlock_t *lock);
• pthread_spin_unlock(pthread_spinlock_t *lock);

从实现原理上来讲，Mutex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，

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就可以运行其它的任务而不必进行忙等待。而Spin lock

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。

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，“自旋锁”的作用

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。

自旋锁的不足之处：

自旋锁一直占用着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。

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。