深入解析：自旋锁与互斥量的差异对比

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互斥锁是一种阻塞锁。当线程无法获取互斥锁时，该线程将被直接挂起。该线程将不再消耗CPU时间。当其他线程释放互斥体时，操作系统将激活挂起的线程。线程并让它运行。

两种类型的锁适用于不同的场景：

如果是多核处理器，如果预计线程等待锁的时间很短，比线程两次切换上下文的时间短，那么使用自旋锁是比较划算的。

如果是多核处理器，并且如果预计线程等待锁的时间较长，至少长于两次线程上下文切换的时间，建议使用互斥锁。

如果是单核处理器，一般建议不要使用自旋锁。因为同一时刻只有一个线程处于运行状态，如果运行的线程发现自己无法获取锁，就只能等待解锁。但由于不挂起，获得锁的线程没有办法进入运行状态，只能等待，直到运行的线程用完操作系统分配给它的时间片，才有机会被调度。在这种情况下使用自旋锁的成本很高。

如果加锁代码经常被调用，但竞争很少发生，则应优先使用自旋锁。自旋锁的成本相对较小，互斥锁的成本较大。

POSIX线程（简称Pthreads）是多核平台上并行编程常用的API。线程同步是并行编程中非常重要的通信方式。最典型的应用是使用Pthreads提供的锁机制（lock）来保护多个线程之间共享的临界区（否则常用的同步机制就是屏障）。

Pthreads 提供了多种锁定机制：

（1）互斥体（mutex）：pthread_mutex_***

(2)自旋锁：pthread_spin_***

(3)条件变量：pthread_con_***

(4)读/写锁：pthread_rwlock_***

Pthreads提供的与Mutex锁操作相关的API主要包括：

pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *mutex);

pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *mutex);

pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *mutex);

Pthreads提供的与Spin Lock操作相关的API主要包括：

pthread_spin_lock (pthread_spinlock_t *lock);

pthread_spin_trylock (pthread_spinlock_t *lock);

pthread_spin_unlock (pthread_spinlock_t *lock);

从实现原理上来说，Mutex是一种睡眠等待类型的锁。例如，双核机器上有两个线程（线程A和线程B），分别运行在Core0和Core1上。假设线程A想要通过pthread_mutex_lock操作获得临界区锁，而这个锁当前被线程B持有，那么线程A就会被阻塞（blocking），此时Core0会进行一次上下文切换（Context）。 Switch）将线程A放入等待队列中。此时Core0可以运行其他任务（比如另一个线程C），无需忙等待。自旋锁则不然。它是一种忙等待类型的锁。如果线程A使用pthread_spin_lock操作来请求锁，那么线程A将一直忙于等待Core0并不断发出锁请求，直到获得锁。直到。

因此，自旋锁一般用在多核服务器上。

自旋锁

自旋锁有点类似于互斥锁，只不过自旋锁不会导致调用者休眠。如果自旋锁已经被另一个执行单元持有，调用者将继续循环以查看自旋锁的持有者是否已被持有。锁被释放，因此出现术语“自旋”。它的作用是解决某种资源的互斥使用。由于自旋锁不会导致调用者休眠，因此自旋锁比互斥锁效率更高。虽然它比互斥锁更高效，但它也有一些缺点：

1、自旋锁始终占用CPU。它一直运行——自旋而不获取锁，因此它占用了CPU。如果短时间内无法获取锁，这无疑会降低CPU的效率。

2.使用自旋锁时可能会出现死锁，递归调用时可能会出现死锁，调用其他一些函数也可能出现死锁，如copy_to_user()、copy_from_user()、kmalloc()等。

因此，我们必须谨慎使用自旋锁。仅当内核是可抢占的或SMP 时才真正需要自旋锁。在单CPU和不可抢占的内核下，自旋锁操作是无操作的。自旋锁适用于锁用户持有锁时间较短的情况。

自旋锁的用法如下：

首先定义：spinlock_t x;

然后初始化：spin_lock_init(spinlock_t *x); //自旋锁在实际使用之前必须初始化。

在2.6.11 内核中将定义和初始化合并到一个宏中：DEFINE_SPINLOCK(x)

获取自旋锁：spin_lock(x); //只有获得锁时才返回，否则会一直“自旋”

spin_trylock(x); //如果立即获得锁则返回true，否则立即返回false

释放锁：spin_unlock(x);

将以上内容与以下代码片段结合起来：

spinlock_t 锁； //定义一个自旋锁

spin_lock_init(锁);

自旋锁（锁）；

. //关键部分

spin_unlock(锁定); //释放锁

还有一些其他用途：

spin_is_locked(x)

//该宏用于判断自旋锁x是否已被某个执行单元持有（即被锁定）。如果是，则返回true，否则返回false。

自旋解锁等待(x)

//该宏用于等待自旋锁x变得不被任何执行单元持有。如果没有执行单元持有自旋锁，则宏立即返回，否则

//将在那里循环，直到自旋锁被持有者释放。

spin_lock_irqsave（锁，标志）

//该宏获取自旋锁，同时将标志寄存器的值保存到变量flags中并使本地中断无效//.相当于：spin_lock()+local_irq_save()

spin_unlock_irqrestore（锁定，标志）

//该宏释放自旋锁的同时，还将标志寄存器的值恢复为//变量flags中保存的值。它与spin_lock_irqsave 配对。

//相当于：spin_unlock()+local_irq_restore()

spin_lock_irq(锁)

//该宏与spin_lock_irqsave类似，只不过该宏不保存标志寄存器的值。相当于：spin_lock()+local_irq_disable()

spin_unlock_irq(锁定)

//该宏释放自旋锁并启用本地中断。它与spin_lock_irq 结合应用。相当于： spin_unlock()+local_irq+enable()

spin_lock_bh（锁）

//该宏在获取自旋锁的同时使本地软中断无效。相当于： //spin_lock()+local_bh_disable()

spin_unlock_bh（锁定）

//该宏释放自旋锁，同时也使能本地软中断。 //它与spin_lock_bh 配对。相当于：spin_unlock()+local_bh_enable()

spin_trylock_irqsave（锁，标志）

//如果该宏获得了自旋锁，还会将标志寄存器的值保存到变量flags中，并使本地中断无效。如果没有获得锁，则不会执行任何操作。所以如果能立即获得锁，就相当于spin_lock_irqsave，如果不能获得锁，就相当于spin_trylock。如果该宏//获得了自旋锁，则需要使用spin_unlock_irqrestore 来释放它。

spin_trylock_irq(锁)

//该宏与spin_trylock_irqsave类似，只不过该宏不保存标志寄存器。如果该宏获得了自旋锁，则需要使用spin_unlock_irq 来释放它。

spin_trylock_bh（锁）

//如果该宏获得了自旋锁，也会使本地软中断失效。如果它无法获得锁，则//什么也不做。因此，如果获得锁，则相当于spin_lock_bh，如果没有获得锁，则相当于spin_trylock。如果该宏获得了自旋锁，则需要使用spin_unlock_bh 来释放它。