排队自旋锁(FIFO Ticket Spinlock)是 Linux 内核 2.6.25 版本中引入的一种新型自旋锁,它解决了传统自旋锁由于无序竞争导致的“公平性”问题。本文详细介绍了排队自旋锁的设计原理和具体实现,并与 Windows 操作系统采用的类似技术进行比较。最后讨论可能的扩展排队自旋锁的一些想法。
引言
自旋锁(Spinlock)是一种 Linux 内核中广泛运用的底层同步机制。自旋锁是一种工作于多处理器环境的特殊的锁,在单处理环境中自旋锁的操作被替换为空操作。当某个处理器上的内核执行线程申请自旋锁时,如果锁可用,则获得锁,然后执行临界区操作,最后释放锁;如果锁已被占用,线程并不会转入睡眠状态,而是忙等待该锁,一旦锁被释放,则第一个感知此信息的线程将获得锁。
长期以来,人们总是关注于自旋锁的安全和高效,而忽视了自旋锁的“公平”性。传统的自旋锁本质上用一个整数来表示,值为1代表锁未被占用。这种无序竞争的本质特点导致执行线程无法保证何时能取到锁,某些线程可能需要等待很长时间。随着计算机处理器个数的不断增长,这种“不公平”问题将会日益严重。
排队自旋锁(FIFO Ticket Spinlock)是 Linux 内核 2.6.25 版本引入的一种新型自旋锁,它通过保存执行线程申请锁的顺序信息解决了传统自旋锁的“不公平”问题。排队自旋锁的代码由 Linux 内核开发者 Nick Piggin 实现,目前只针对 x86 体系结构(包括 IA32 和 x86_64),相信很快就会被移植到其它平台。
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