spinlock同步能力测试

硬件:

    硬件型号:笔记本

    处理器:Intel Core i5-4310U CPU @ 2.00GHz(4 CPUs)

    内存:16G

    硬盘:512固态

测试方案:使用以下的代码进行比对测试(10个线程,每个线程加数10;循环10000

#include <thread>

class ThreadPara {
private:
    int counter;
    DSpinLock spinLock;

public:
    ThreadPara() : counter(0) {}

public:
    void increment() {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::microseconds(1));
        DSpinLockWrapper wrapper(&spinLock);
        counter += 1;
    }
};

void threadTaskProc(ThreadPara &threadPara) {
    int i = 10;
    while (i > 0) {
        i--;
        threadPara.increment();
    }

}

void Tests::test() {
    DebugUtil::timeWriteLine("thread condition test begin");

    for (int j = 0; j < 10000; j++) {
        ThreadPara threadPara;
        std::thread threads[10];
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            threads[i] = std::thread(threadTaskProc, std::ref(threadPara));
        }
        for (auto& t: threads) {
            t.join();
        }
    }

    DebugUtil::timeWriteLine("thread condition test end");

}

测试结果

运行10000次的测试结果:

1、不使用spinlock进行同步时,总耗时300秒;

2、使用spinlock进行同步时,总耗时319秒

3、使用qmutex实现synclock,进行同步时,总耗时310秒

以上的情况令人疑惑

 

运行1000次的测试结果:

1、不使用spinlock进行同步时,总耗时31秒;

2、使用spinlock进行同步时,总耗时34秒;

3、使用qmutex实现synclock,进行同步时,总耗时38秒。

### Spinlock模块的工作原理 Spinlock是一种同步机制,用于保护共享资源免受并发访问的影响。当一个处理器试图获取已被其他处理器占用的spinlock时,该处理器会不断循环等待(即“旋转”),直到锁变得可用为止[^1]。 在Linux内核中,`spin_lock_irqsave()`函数不仅尝试获得指定的自旋锁,还会保存当前中断状态并将本地CPU上的硬件中断暂时关闭,防止在此期间发生意外中断干扰临界区操作[^3]: ```c unsigned long flags; spin_lock_irqsave(&my_spinlock, flags); // Critical section here... spin_unlock_irqrestore(&my_spinlock, flags); ``` 这段代码展示了如何安全地进入和退出由spinlock保护的关键区域。通过传递给`spin_unlock_irqrestore()`函数相同的flags参数来恢复之前的状态[^2]。 ### 应用场景与实例 考虑一个多线程环境下的设备驱动程序开发,在处理来自不同源的数据包时可能需要确保某些数据结构的一致性和完整性。此时可以利用spinlocks来实现这一点。例如,在网络接口卡(NIC)接收缓冲队列管理方面: 假设有一个全局变量指向NIC接收到的第一个未处理的数据帧指针head_ptr以及最后一个已知位置tail_ptr。每当有新的数据到达时,就需要更新这些指针;而在读取过程中也需要保持它们之间的关系不变。为了保证这种一致性,可以在修改或查询这两个指针前先锁定相应的spinlock对象。 ```c static DEFINE_SPINLOCK(nic_queue_lock); void process_received_packet(struct sk_buff *skb){ unsigned long flags; spin_lock_irqsave(&nic_queue_lock, flags); // 更新头尾指针逻辑... spin_unlock_irqrestore(&nic_queue_lock, flags); } ``` 在这个例子中,定义了一个名为`nic_queue_lock` 的spinlock,并在整个涉及对`head_ptr` 和 `tail_ptr` 进行任何更改的操作周围加上了spinlock保护层。这确保了一次只有一个线程能够执行这部分代码,从而避免了竞争条件的发生。
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