自旋锁和互斥锁的区别

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（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，

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（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。

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。

 

 

自旋锁-原理

 

跟互斥锁一样，一个执行单元要想访问被自旋锁保护的共享资源，必须先得到锁，在访问完共享资源后，必须释放锁。如果在获取自旋锁时，没有任何执行单元保持该锁，那么将立即得到锁;如果在获取自旋锁时锁已经有保持者，那么获取锁操作将自旋在那里，直到该自旋锁的保持者释放了锁。由此我们可以看出，自旋锁是一种比较低级的保护数据结构或代码片段的原始方式，这种锁可能存在两个问题:

1、死锁。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:

递归程序决不能在持有自旋锁时调用它自己，也决不能在递归调用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。

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

由此可见，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。信号量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句柄和顶半部即软中断)，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，

 

总结：

互斥锁与自旋锁的区别

(1)、互斥锁mutex：独占锁；开销大

pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);

pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);

(2)、自旋锁spin lock：轻量级的锁，开销小；适用于短时间内对锁的使用。

如果自旋锁已经被其他的执行单元保持，调用者就一直循环在那里判断该自旋锁是否被释放

pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t *lock);

pthread_spin_unlock(pthread_spinlock_t *lock);

 

注意：对于spin lock，如果递归调用过深，会导致死锁。