TAS 指令与PostgreSQL spin lock-优快云博客

本文详细介绍了如何使用TAS指令在PostgreSQL中实现SpinLock，包括使用volatile关键字确保内存一致性，以及如何在多线程环境中正确地进行锁的申请与释放。此外，还探讨了SpinLock的实现细节，包括使用semaphore和TAS两种方法，并解释了自适应算法如何决定spin次数和睡眠时间。

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TAS: 指Test-And-Set，它是一个原子操作，修改内存的值，并返回原来的值。当一个进程P1对一个内存位置做TAS操作，不允许其它进程P2对此内存位置，再做TAS操作。

P2必须等P1操作完成后，再做TAS操作。以下是一个简单的锁，通过TAS来实现：

volatile int lock = 0;
void Critical() {
    while (TestAndSet(&lock) == 1);
    critical section // only one process can be in this section at a time

    lock = 0 // release lock when finished with the critical section

｝

假设lock原来的值为“0”，当P1去做申请lock时，能获取得到锁。而此时P2再去申请锁时，必须spin，因为此时lock的值已经被P1修改为“1”了。

用TAS来实现spin lock,此处要注意volatile的使用。volatile表示这个变量是易失的，所以会编译器会每次都去内存中取原始值，而不是直接拿寄存器中的值。

这避免了在多线程编程中，由于多个线程更新同一个变更，内存中和寄存器中值的不同步而导致变量的值错乱的问题。另外，也会影响编译器的优化行为。

在PostgreSQL中，spin lock的实现包含在spin.c和s_lock.c两个文件中。在不支持TAS的情况下，PG会使用PGSemaphores来实现 spin lock。

1.使用semaphore实现

其中spin.c主要封装了spin lock用PGSemaphores来实现的接口，跟硬件保持独立。PGSemaphore是使用OS底层的semaphore来实现的，PG对其做了封装，提供了PG系统内部统一的semaphore操作接口。

PG的用PGSemaphore结构体表示PG 自身的semaphore信号，并将相关操作封装在sembuf中，传递给底层OS。

PG semaphore lock操作：

PG semaphore结构体：

操作封装：

semop操作：

底层OS实现调用，OS声明在/usr/sys/include/sem.h中：

从上面可以看出，PG的semaphore实现非常清晰，而且与OS底层的调用关系也很明了。

2.使用TAS指令实现

而s_lock.c 则用TAS方式了spin lock，与硬件相关。在PG源码中，使用s_lock函数来申请spin lock：

int s_lock(volatile slock_t *lock, const char *file, int line)

tas操作如下：

PG使用了自适应算法，来决定spin的次数和每次spin后，sleep的时间。

spins_per_delay：spin多少次后，开始sleep。默认为100，最大值为1000，最小值为10。

cur_delay：当前sleep的时间，最大值为1000，最小值为1。单位为毫秒。

spins_per_delay的值，基本上不变；但是cur_delay的值为当前值1倍和2倍之间变动。因此，spin delay次数越多，sleep时间会越长。

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