自旋鎖與互斥鎖的區別

http://blog.csdn.net/kyokowl/article/details/6294341

POSIX threads(簡稱Pthreads)是在多核平臺上進行並行編程的一套經常使用的API。線程同步(Thread Synchronization)是並行編程中很是重要的通信手段，其中最典型的應用就是用Pthreads提供的鎖機制(lock)來對多個線程之間共 享的臨界區(Critical Section)進行保護(另外一種經常使用的同步機制是barrier)。

Pthreads提供了多種鎖機制：
(1) Mutex（互斥量）：pthreadmutex
(2) Spin lock（自旋鎖）：pthreadspin
(3) Condition Variable（條件變量）：pthreadcon
(4) Read/Write lock（讀寫鎖）：pthreadrwlock

Pthreads提供的Mutex鎖操做相關的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提供的與Spin Lock鎖操做相關的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);

從 實現原理上來說，Mutex屬於sleep-waiting類型的鎖。例如在一個雙核的機器上有兩個線程(線程A和線程B)，它們分別運行在Core0和 Core1上。假設線程A想要經過pthread_mutex_lock操做去獲得一個臨界區的鎖，而此時這個鎖正被線程B所持有，那麼線程A就會被阻塞 (blocking)，Core0 會在此時進行上下文切換(Context Switch)將線程A置於等待隊列中，此時Core0就能夠運行其餘的任務(例如另外一個線程C)而沒必要進行忙等待。而Spin lock則否則，它屬於busy-waiting類型的鎖，若是線程A是使用pthread_spin_lock操做去請求鎖，那麼線程A就會一直在 Core0上進行忙等待並不停的進行鎖請求，直到獲得這個鎖爲止。

自旋鎖(Spin lock)

自旋鎖與互斥鎖有點相似，只是自旋鎖不會引發調用者睡眠，若是自旋鎖已經被別的執行單元保持，調用者就一直循環在那裏看是 否該自旋鎖的保持者已經釋放了鎖，"自旋"一詞就是所以而得名。其做用是爲了解決某項資源的互斥使用。由於自旋鎖不會引發調用者睡眠，因此自旋鎖的效率遠 高於互斥鎖。雖然它的效率比互斥鎖高，可是它也有些不足之處：
一、自旋鎖一直佔用CPU，他在未得到鎖的狀況下，一直運行－－自旋，因此佔用着CPU，若是不能在很短的時 間內得到鎖，這無疑會使CPU效率下降。
二、在用自旋鎖時有可能形成死鎖，當遞歸調用時有可能形成死鎖，調用有些其餘函數也可能形成死鎖，如 copy_to_user()、copy_from_user()、kmalloc()等。
所以咱們要慎重使用自旋鎖，自旋鎖只有在內核可搶佔式或SMP的狀況下才真正須要，在單CPU且不可搶佔式的內核下，自旋鎖的操做爲空操做。自旋鎖適用於鎖使用者保持鎖時間比較短的狀況下。
自旋鎖的用法以下：
首先定義：spinlock_t x;
而後初始化：spin_lock_init(spinlock_t *x); //自旋鎖在真正使用前必須先初始化
在2.6.11內核中將定義和初始化合併爲一個宏：DEFINE_SPINLOCK(x)

得到自旋鎖：spin_lock(x); //只有在得到鎖的狀況下才返回，不然一直「自旋」
spin_trylock(x); //如當即得到鎖則返回真，不然當即返回假
釋放鎖：spin_unlock(x);

結合以上有如下代碼段：

spinlock_t lock;        //定義一個自旋鎖
spin_lock_init(&lock);
spin_lock(&lock);    
.......        //臨界區
spin_unlock(&lock);   //釋放鎖

還有一些其餘用法：

spin_is_locked(x)
//　　該宏用於判斷自旋鎖x是否已經被某執行單元保持（即被鎖），若是是， 返回真，不然返回假。
spin_unlock_wait(x)
//　　該宏用於等待自旋鎖x變得沒有被任何執行單元保持，若是沒有任何執行單元保持該自旋鎖，該宏當即返回，否
//將循環 在那裏，直到該自旋鎖被保持者釋放。

spin_lock_irqsave(lock, flags)
//　　該宏得到自旋鎖的同時把標誌寄存器的值保存到變量flags中並失效本地中//斷。至關於：spin_lock()+local_irq_save()
spin_unlock_irqrestore(lock, flags)
//　　該宏釋放自旋鎖lock的同時，也恢復標誌寄存器的值爲變量flags保存的//值。它與spin_lock_irqsave配對使用。
//至關於：spin_unlock()+local_irq_restore()

spin_lock_irq(lock)
　 //該宏相似於spin_lock_irqsave，只是該宏不保存標誌寄存器的值。至關 //於：spin_lock()+local_irq_disable()
spin_unlock_irq(lock)
//該宏釋放自旋鎖lock的同時，也使能本地中斷。它與spin_lock_irq配對應用。至關於: spin_unlock()+local_irq+enable()

spin_lock_bh(lock)
//　　該宏在獲得自旋鎖的同時失效本地軟中斷。至關於： //spin_lock()+local_bh_disable()
spin_unlock_bh(lock)
//該宏釋放自旋鎖lock的同時，也使能本地的軟中斷。它與spin_lock_bh配對//使用。至關於：spin_unlock()+local_bh_enable()

spin_trylock_irqsave(lock, flags)
//該宏若是得到自旋鎖lock，它也將保存標誌寄存器的值到變量flags中，而且失//效本地中斷，若是沒有得到鎖，它什麼也不作。所以若是可以當即 得到鎖，它等//同於spin_lock_irqsave，若是不能得到鎖，它等同於spin_trylock。若是該宏//得到自旋鎖lock，那須要 使用spin_unlock_irqrestore來釋放。

spin_trylock_irq(lock)//該宏相似於spin_trylock_irqsave，只是該宏不保存標誌寄存器。若是該宏得到自旋鎖lock，須要使用spin_unlock_irq來釋放。spin_trylock_bh(lock)//　　該宏若是得到了自旋鎖，它也將失效本地軟中斷。若是得不到鎖，它什麼//也不作。所以，若是獲得了鎖，它等同於spin_lock_bh，若是得 不到鎖，它等同//於spin_trylock。若是該宏獲得了自旋鎖，須要使用spin_unlock_bh來釋放。spin_can_lock(lock)//　　該宏用於判斷自旋鎖lock是否可以被鎖，它實際是spin_is_locked取反。//若是lock沒有被鎖，它返回真，不然，返回 假。該宏在2.6.11中第一次被定義，在//先前的內核中並無該宏。自旋鎖的得到和釋放有多種方法，要根據場合選擇，能夠去http://soft.yesky.com/os/lin/10/2303010_4.shtml看看，介紹了不少關於自旋鎖的使用知識。本文引用了不少上面的知識。