自旋锁Spin lock与互斥锁Mutex的区别

POSIX threads(简称Pthreads)是在多核平台上进行并行编程的一套经常使用的API。线程同步(Thread Synchronization)是并行编程中很是重要的通信手段，其中最典型的应用就是用Pthreads提供的锁机制(lock)来对多个线程之间共 享的临界区(Critical Section)进行保护(另外一种经常使用的同步机制是barrier)。

Pthreads提供了多种锁机制：
(1) Mutex（互斥量）：pthread_mutex_***
(2) Spin lock（自旋锁）：pthread_spin_***
(3) Condition Variable（条件变量）：pthread_con_***
(4) Read/Write lock（读写锁）：pthread_rwlock_***

Pthreads提供的Mutex锁操做相关的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提供的与Spin Lock锁操做相关的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);

从 实现原理上来说，Mutex属于sleep-waiting类型的锁。例如在一个双核的机器上有两个线程(线程A和线程B)，它们分别运行在Core0和 Core1上。假设线程A想要经过pthread_mutex_lock操做去获得一个临界区的锁，而此时这个锁正被线程B所持有，那么线程A就会被阻塞 (blocking)，Core0 会在此时进行上下文切换(Context Switch)将线程A置于等待队列中，此时Core0就能够运行其余的任务(例如另外一个线程C)而没必要进行忙等待。而Spin lock则否则，它属于busy-waiting类型的锁，若是线程A是使用pthread_spin_lock操做去请求锁，那么线程A就会一直在 Core0上进行忙等待并不停的进行锁请求，直到获得这个锁为止。

 

自旋锁(Spin lock)

自旋锁与互斥锁有点相似，只是自旋锁不会引发调用者睡眠，若是自旋锁已经被别的执行单元保持，调用者就一直循环在那里看是 否该自旋锁的保持者已经释放了锁，"自旋"一词就是所以而得名。其做用是为了解决某项资源的互斥使用。由于自旋锁不会引发调用者睡眠，因此自旋锁的效率远 高于互斥锁。虽然它的效率比互斥锁高，可是它也有些不足之处：
    一、自旋锁一直占用CPU，他在未得到锁的状况下，一直运行－－自旋，因此占用着CPU，若是不能在很短的时 间内得到锁，这无疑会使CPU效率下降。
    二、在用自旋锁时有可能形成死锁，当递归调用时有可能形成死锁，调用有些其余函数也可能形成死锁，如 copy_to_user()、copy_from_user()、kmalloc()等。
所以咱们要慎重使用自旋锁，自旋锁只有在内核可抢占式或SMP的状况下才真正须要，在单CPU且不可抢占式的内核下，自旋锁的操做为空操做。自旋锁适用于锁使用者保持锁时间比较短的状况下。
       自旋锁的用法以下：
   首先定义：spinlock_t x;
 而后初始化：spin_lock_init(spinlock_t *x);   //自旋锁在真正使用前必须先初始化
 在2.6.11内核中将定义和初始化合并为一个宏：DEFINE_SPINLOCK(x)
    
  得到自旋锁：spin_lock(x);   //只有在得到锁的状况下才返回，不然一直“自旋”
                           spin_trylock(x);  //如当即得到锁则返回真，不然当即返回假
      释放锁：spin_unlock(x);
  

-----------------------------------------------扩展---------------------------------------

结合以上有如下代码段：

    spinlock_t lock;        //定义一个自旋锁
    spin_lock_init(&lock);
    spin_lock(&lock);    
    .......        //临界区
    spin_unlock(&lock);   //释放锁
    
    还有一些其余用法：
spin_is_locked(x)
    //　　该宏用于判断自旋锁x是否已经被某执行单元保持（即被锁），若是是，   返回真，不然返回假。
spin_unlock_wait(x)
    //　　该宏用于等待自旋锁x变得没有被任何执行单元保持，若是没有任何执行单元保持该自旋锁，该宏当即返回，否
    //将循环    在那里，直到该自旋锁被保持者释放。

spin_lock_irqsave(lock, flags)
    //　　该宏得到自旋锁的同时把标志寄存器的值保存到变量flags中并失效本地中//断。至关于：spin_lock()+local_irq_save()
spin_unlock_irqrestore(lock, flags)
    //　　该宏释放自旋锁lock的同时，也恢复标志寄存器的值为变量flags保存的//值。它与spin_lock_irqsave配对使用。
    //至关于：spin_unlock()+local_irq_restore()

spin_lock_irq(lock)
　    //该宏相似于spin_lock_irqsave，只是该宏不保存标志寄存器的值。至关         //于：spin_lock()+local_irq_disable()
spin_unlock_irq(lock)
    //该宏释放自旋锁lock的同时，也使能本地中断。它与spin_lock_irq配对应用。至关于: spin_unlock()+local_irq+enable()

spin_lock_bh(lock)
    //　　该宏在获得自旋锁的同时失效本地软中断。至关于：  //spin_lock()+local_bh_disable()
spin_unlock_bh(lock)
      //该宏释放自旋锁lock的同时，也使能本地的软中断。它与spin_lock_bh配对//使用。至关于：spin_unlock()+local_bh_enable()

spin_trylock_irqsave(lock, flags)
    //该宏若是得到自旋锁lock，它也将保存标志寄存器的值到变量flags中，而且失//效本地中断，若是没有得到锁，它什么也不作。所以若是可以当即 得到锁，它等//同于spin_lock_irqsave，若是不能得到锁，它等同于spin_trylock。若是该宏//得到自旋锁lock，那须要 使用spin_unlock_irqrestore来释放。

spin_trylock_irq(lock)
    //该宏相似于spin_trylock_irqsave，只是该宏不保存标志寄存器。若是该宏得到自旋锁lock，须要使用spin_unlock_irq来释放。
spin_trylock_bh(lock)
    //　　该宏若是得到了自旋锁，它也将失效本地软中断。若是得不到锁，它什么//也不作。所以，若是获得了锁，它等同于spin_lock_bh，若是得 不到锁，它等同//于spin_trylock。若是该宏获得了自旋锁，须要使用spin_unlock_bh来释放。
spin_can_lock(lock)
    //　　该宏用于判断自旋锁lock是否可以被锁，它实际是spin_is_locked取反。//若是lock没有被锁，它返回真，不然，返回 假。该宏在2.6.11中第一次被定义，在//先前的内核中并无该宏。
自旋锁的得到和释放有多种方法，要根据场合选择，能够去http://soft.yesky.com/os/lin/10/2303010_4.shtml
看看，介绍了不少关于自旋锁的使用知识。本文引用了不少上面的知识。