搶佔，pthread_spin_lock和原子內置

Question

根據這個問題here使用pthread_spin_lock對於鎖定關鍵部分是危險的，因爲線程可能會被調度程序中斷而中斷，並且該資源上的其他線程內容可能會左旋轉。

假設我決定從pthread_spin_lock切換到通過原子內置+ compare_and_swap idion實現的鎖定：這件事會改善還是會受到這個問題的困擾？

因爲使用pthread它似乎沒有什麼禁用搶佔，有什麼我可以做的情況下，我使用通過原子實現的鎖或任何我可以看看？

我想鎖定一個小的關鍵區域。

Answer 1

pthread_mutex_lock通常具有使用原子操作嘗試獲取鎖的快速路徑。如果鎖沒有，這可能非常快。只有當鎖已經被鎖定，線程纔會通過系統調用進入內核。內核獲取一個自旋鎖，然後重新嘗試獲取互斥鎖，以防第一次嘗試釋放該互斥鎖。如果此嘗試失敗，則將調用線程添加到與該互斥鎖關聯的等待隊列中，並執行上下文切換。內核還在互斥體中設置了一些位，以表明有一個等待線程。

pthread_mutex_unlock也有一個快速路徑。如果等待的線程標誌清除，它可以簡單地釋放鎖。如果該標誌被設置，線程必須通過系統調用進入內核，這樣等待的線程才能被喚醒。同樣，內核必須獲得自旋鎖，以便它可以操縱其線程控制數據結構。如果沒有線程在等待，鎖可以由內核釋放。如果有一個線程在等待，它就會運行，並且互斥量的所有權被轉移而不被釋放。

這個小舞蹈中有許多微妙的競賽條件，希望它能正常工作。

由於嘗試獲取鎖定互斥鎖的線程已切換到上下文環境，因此它不會阻止擁有互斥鎖的線程運行，從而使所有者有機會退出它的臨界區並釋放互斥鎖。

相比之下，嘗試獲取鎖定自旋鎖的線程只是旋轉，消耗CPU週期。這有可能阻止擁有旋轉鎖的線程退出其臨界區並釋放鎖。旋轉的線程在其時間片已被佔用時可被搶佔，從而允許擁有該鎖的線程最終重新獲得控制權。當然，這對於性能並不好。

實際上，使用自旋鎖的地方不會在擁有鎖的情況下搶佔線程。內核可以設置一個per-cpu標誌來防止它從中斷服務程序執行上下文切換（或者它可以提高中斷優先級以防止可能導致上下文切換的中斷，或者它可能完全禁止中斷）。用戶線程可以通過提高優先級來阻止自己被搶佔（由同一進程中的其他線程搶佔）。請注意，在單處理器系統中，防止當前線程被搶佔，從而不需要旋轉鎖定。或者，在多處理器系統中，可以將線程綁定到cpus（cpu affinity），以便它們不會搶佔彼此。所有的鎖最終都需要一個原子基元（很好，高效的鎖;參見here的一個反例）。如果互斥體高度競爭，互斥鎖可能效率低下，導致線程不斷進入內核並進行上下文切換;特別是如果臨界區小於內核開銷。自旋鎖可以更有效率，但只有當擁有者不能被搶佔並且關鍵部分很短時。請注意，當線程嘗試獲取鎖定的互斥鎖時，內核仍然必須獲取旋轉鎖定。

就我個人而言，我會使用原子操作來處理共享計數器更新和互斥鎖等更復雜的操作。只有在分析之後，我纔會考慮用自旋鎖代替互斥體（並找出如何處理搶佔）。請注意，如果您打算使用condvars，則別無選擇，只能使用互斥鎖。