自旋锁（spin lock)学习

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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。

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。

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，允许多个处理机同时执行目态程序，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，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

spin_unlock(&mr_lock);