互斥锁,自旋锁,原子操作原理和实现
注意:互斥锁在上锁的过程中,需要用自旋锁保证原子操作(包括修改原子量和锁的相关数据结构)
自旋锁是采用忙等的状态获取锁,所以会一直占用cpu资源,但是允许不关闭中断的情况下,是可以被其他内核执行路径抢占的(中断嵌套的情况下,注意嵌套的中断不能申请同一个锁,这样会造成死等)。同时因为线程对cpu一直保持占用状态,所以对小资源加锁效率比较高,不需要做任何的线程切换,一般情况下如果加锁资源的运行延迟小于线程或者进程切换的时延则推荐使用自旋锁。如果需要等待耗时操作,则建议放弃cpu,采用信号量或者互斥锁
上图指令可以实现加操作的原子性,但是这种总线锁不能滥用,在没有共享同步问题的时候,这会阻止cpu并行计算的优化,甚至会阻塞cpu对其他内存的访问,导致效率的下降。所以除此之外我们可以使用缓存锁来执行复杂的原子操作。
频繁使用的内存会缓存在处理器的L1、L2和L3高速缓存里,那么原子操作就可以直接在处理器内部缓存中进行,并不需要声明总线锁,在Pentium 6和目前的处理器中可以使用“缓存锁定”的方式来实现复杂的原子性。 所谓“缓存锁定”是指内存区域如果被缓存在处理器的缓存行中,并且在Lock操作期间被锁定,那么当它执行锁操作回写到内存时,处理器不在总线上声言LOCK#信号,而是修改内部的内存地址,并允许它的缓存一致性机制来保证操作的原子性,因为缓存一致性机制会阻止同时修改由两个以上处理器缓存的内存区域数据,当其他处理器回写已被锁定的缓存行的数据时,会使缓存行无效,在如图2-3所示的例子中,当CPU1修改缓存行中的i时使用了缓存锁定,那么CPU2就不能同时缓存i的缓存行。
但是有两种情况下处理器不会使用缓存锁定。
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https://blog.csdn.net/mcgrady_tracy/article/details/34829019
https://leetcode.com/discuss/interview-question/operating-system/125169/Mutex-vs-Semaphore
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https://leetcode.com/discuss/interview-question/operating-system/134290/Implement-your-own-spinlock