Linux中自旋锁实现的基本原理之经典

最新推荐文章于 2025-04-22 12:23:56 发布
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分类专栏： Linux操作系统嵌入式开发之经典 文章标签： c++ 开发语言 linux
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_41114301/article/details/126147244
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本文介绍了Linux中自旋锁的基本概念、与互斥锁的区别、API函数以及代码实现。自旋锁作为线程同步的一种方式，相较于互斥锁更底层，用于提升多线程访问共享资源的效率。通过示例展示了自旋锁的应用，并指出自旋锁能减少程序运行时间，提高性能。

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目录

一、自旋锁基本简介

二、自旋锁和互斥锁之间的区别

三、自旋锁API函数

四、自旋锁代码实现

五、互斥锁实现

运行结果：

总结：

线程：线程是进程资源分配的最小单位，每个进程都有的自己的main(主线程)

线程同步：多个线程按顺序以此执行访问共享资源（数据）。

线程同步的必要性：防止多线程并发访问共享数据的时候出现数据混乱、不一致 的问题。

线程同步的方法：互斥锁、自旋锁、条件变量....

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自旋锁和互斥锁的区别
lx123010的专栏
03-26 929
单CPU非抢占内核下：自旋锁会在编译时被忽略（因为单CPU且非抢占模式情况下，不可能发生进程切换，时钟只有一个进程处于临界区（自旋锁实际没什么用了）单CPU抢占内核下：自选锁仅仅当作一个设置抢占的开关（因为单CPU不可能有并发访问临界区的情况，禁止抢占就可以保证临街区唯一被拥有）多CPU下：此时才能完全发挥自旋锁的作用，自旋锁在内核中主要用来防止多处理器中并发访问临界区，防止内核抢占造成的竞争。
Linux内核源码之自旋锁的实现
u012603457的博客
10-22 5489
1 Linux内核同步 Linux内核中有许多共享资源，这些共享资源是内核中进程都有机会访问到的。内核对其中一些共享资源的访问是独占的，因此需要提供机制对共享资源进行保护，确保任意时刻只有一个进程在访问共享资源。自旋锁就是一种共享资源保护机制，确保同一时刻只有一个进程能访问到共享资源。 2 普通自旋锁 内核中提供的普通自旋锁API为spin_lock()何spin_unlock()，
linux并发控制之自旋锁
williamwang2013的专栏
01-18 1389
自旋锁是一种对临界资源进行互斥访问的典型手段，其名来源于它的工作方式。 通俗的讲，自旋锁就是一个变量，该变量把一个临界区标记为“我当前在运行，请等待”或者标记为“我当前不在运行，可以被使用”， 如果A执行单元首先获得锁，那么当B进入同一个例程时将获知自旋锁已被持有，需等待A释放后才能进入，所以B只好原地打转（自旋）。 特点：     1.自旋锁主要针对SMP或单CPU且内核可抢占的情
C++11实现自旋锁
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sharemyfree的专栏
08-07 1万+
http://blog.poxiao.me/p/spinlock-implementation-in-cpp11/ 自旋锁(Spinlock) 自旋锁是一种用于保护多线程共享资源的锁，与一般的互斥锁(mutex)不同之处在于当自旋锁尝试获取锁的所有权时会以忙等待(busy waiting)的形式不断的循环检查锁是否可用。在多处理器环境中对持有锁时间较短的程序来说使用自旋锁代替一般的互斥锁往
Linux内核自旋锁详解
最新发布
weixin_63577471的博客
04-22 639
自旋锁(Spinlock)是Linux内核中最基本的同步机制之一，特别适用于嵌入式系统中的短期锁定需求。它通过"忙等"方式实现，持续检查锁是否可用，而不会让出处理器。自旋锁是嵌入式Linux系统中重要的同步机制，适合短临界区保护。在资源受限的嵌入式环境中，正确使用自旋锁能有效避免竞态条件，同时保持系统的响应性和效率。但需要谨慎设计锁定策略，避免性能问题和死锁风险。
Linux 自旋锁
06-07 3425
1.什么是自旋锁 自旋锁顾名思义首先是一把锁，另外使用这把锁的线程需要反复自我循环（loop）检测这把锁是否可用。 注意与信号量区别，信号量也是一把锁，但是使用这把锁的线程检测锁不可用时，选择去睡眠，而不是自我循环。 自旋锁与信号量相同点是两者都是锁，都具备锁定特性，实现临界区代码块的同步与互斥访问。 2.自旋锁实现（摘自http://en.wikipedia.org/wiki/Spi
Linux自旋锁和互斥锁的实现
cpongo5
10-29 426
自旋锁（spin lock）应用在多处理器环境中。如果内核控制路径发现自旋锁“开着”，就获取锁并继续自己的执行。相反，如果内核控制路径发现锁由运行在另一个CPU上的内核控制路径“锁 着”，就在周围“旋转”，反复执行一条紧凑的循环指令，直到锁被释放。自旋锁的循环指令表示“忙等”。即使等待的内核控制路径无事可做（除了浪费时间），它也在CPU上保持运行。不过，自旋锁通常非常方便，因为很多内核资源只锁1...
自旋锁的实现原理
Liu_G的博客
09-13 3463
自旋锁的实现原理 自旋锁的介绍 自旋锁和互斥锁比较相似，都是为了实现保护共享资源而提出的一种锁机制，在任何一个时刻，只有一个执行单元可以获取该锁，如果该锁已经被别的单元占用，那么调用者便会进行CPU空转消耗并且时刻关注该所是否已经被释放，直到自己获取该锁为止。 自旋锁的特点 相对于互斥锁，自旋锁是一种轻量级的锁，在有别的线程获取了该锁，需要进行自旋等待的时候，CPU依然占用着该线程资源不放，不会切换到其他线程去执行，因此，在等待时间较长的时候是不适用自旋锁的，这会拜拜消耗大量的CPU性能。 而
linux自旋锁
weixin_34198762的博客
01-25 66
一、前言 在linux kernel的实现中，经常会遇到这样的场景：共享数据被中断上下文和进程上下文访问，该如何保护呢？如果只有进程上下文的访问，那么可以考虑使用semaphore或者mutex的锁机制，但是现在中断上下文也参和进来，那些可以导致睡眠的lock就不能使用了，这时候，可以考虑使用spin lock。本文主要介绍了linux kernel中的spin lock的原理以及代码实现。 ...
linux下自旋锁程序源码.zip
09-09
4. 优先级继承：为了避免优先级反转，Linux自旋锁实现了一种优先级继承机制。 三、自旋锁的使用注意事项： 1. 自旋锁不能在中断上下文和进程上下文中混合使用，应根据场景选择适当的锁类型。 2. 临界区要尽可能小，...
AQS源码解读（番外篇）——四种自旋锁原理详解（Java代码实现SpinLock、TicketSpinLock、CLH、MCS
2201_75294326的博客
04-30 757
整理的这些资料希望对Java开发的朋友们有所参考以及少走弯路，本文的重点是你有没有收获与成长，其余的都不重要，希望读者们能谨记这一点。其实面试这一块早在第一个说的25大面试专题就全都有的。以上提及的这些全部的面试+学习的各种笔记资料，我这差不多来回搞了三个多月，收集整理真的很不容易，其中还有很多自己的一些知识总结。正是因为很麻烦，所以对以上这些学习复习资料感兴趣《一线大厂Java面试题解析+核心总结学习笔记+最新讲解视频+实战项目源码》点击传送门，即可获取！/**cas自旋入队列->尾部。
linux源码之自旋锁(spinlock)/读写自旋锁分析
jkzzxQQQ的博客
11-16 911
本文kernel代码分析基于以下 1.linux-4.14.159 2.64bit代码处理逻辑 我们知道linux内核中存在进程、中断、软中断等相互之间的同步问题，在SMP下这些使用场景会变的尤为复杂，因此linux内核提供了semaphore、spinlock、mutex，rcu、atomic等锁机制来解决这些问题。然而每种锁机制都有不同的实现原理以使用场景，在性能方面也是会存在一定差异，因此对于不同场景下的问题我们能选择最适用的机制才是最好的。 此篇我们重点看下semaphore以及rw_semapho
【linux】spinlock 的实现
weixin_34358092的博客
12-13 179
一、什么是spinlock spinlock又称自旋锁，是实现保护共享资源而提出一种锁机制。自旋锁与互斥锁比较类似，都是为了解决对某项资源的互斥使用 无论是互斥锁，还是自旋锁，在任何时刻，最多只能有一个保持者，只能有一个执行单元获得锁。但是两者在调度机制上略有不同。对于互斥锁，如果资源已经被占用，资源申请者只能进入睡眠状态。但是自旋锁不会引起调用者睡眠，如果自旋锁已经被别的执行单元保持，调...
linux spinlock自旋锁实现
Amelio Ming
10-12 525
spinlock同一时刻只能被一个内核代码路径持有,如果有另外一个内核路径代码试图获取一个已经被持有的spinlock，那么内核代码路径需要一直自旋忙等待,直到自旋锁持有者释放该锁。如果该锁没有被别人持有(或争用),那么可以立即获得该锁
自旋锁原理
sanguote的博客
02-27 664
/  **    不可重入锁*/public class BadSpinLock { AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<Thread>();//持有自旋锁的线程对象      public void lock() {          Thread cur = Thread.currentThread()...
自旋锁基本原理
Andy的博客
01-27 1626
自旋锁基本原理 轻量级锁在加锁过程中，用到了自旋锁 所谓自旋，就是指当有另外一个线程来竞争锁时，这个线 程会在原地循环等待，而不是把该线程给阻塞，直到那个 获得锁的线程释放锁之后，这个线程就可以马上获得锁的。 注意，锁在原地循环的时候，是会消耗 cpu 的，就相当于 在执行一个啥也没有的 for 循环。 所以，轻量级锁适用于那些同步代码块执行的很快的场景， 这样，线程原地等待很短的时间就能够获得锁了。 自旋锁的使用，其实也是有一定的概率背景，在大部分同 步代码块执行的时间都是很短的。所以通过看似无异议的
看完你就明白的锁系列之自旋锁
程序员cxuan的个人主页
10-15 4480
看完你就明白的锁系列之自旋锁 在上一篇文章 看完你就应该能明白的悲观锁和乐观锁 中我们已经学习到了什么是悲观锁和乐观锁、悲观锁和乐观锁的实现、优缺点分别是什么。其中乐观锁的实现之一 CAS 算法中提到了一个自旋锁的概念，为了全面理解 CAS 算法就首先需要了解一下自旋锁 是什么，自旋锁的适用场景和优缺点分别是什么，别着急，下面为你一一列举。 自旋锁的提出背景 由于在多处理器环境中某些资源的有限性，...
自旋锁的原理实现
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import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;//boolean compareAndSet(V expect, V update)//如果当前值 == 预期值，则以原子方式将该值设置为给定的更新值public class SpinLockDemo implements Runnable{ private static int sum;...
读写自旋锁
03-26
<think>好的，我现在要回答用户关于读写自旋锁的实现原理的问题。首先，我需要回忆一下读写自旋锁的基本概念。根据用户提供的引用资料，特别是引用[4]，读写自旋锁允许同时多个读线程进入临界区，但读写或写写之间是互斥的。这意味着读锁可以被共享，而写锁是独占的。 接下来，我需要理解它的实现机制。通常，自旋锁会使用原子操作来管理锁的状态。对于读写自旋锁，可能需要将锁的状态分为读和写两部分。比如，可能用一个整数的高位表示写锁，低位表示读锁的计数。引用[5]提到Linux内核中的自旋锁实现与CPU核数相关，可能需要考虑底层原子操作和内存屏障来确保正确性。 然后，关于写锁的获取，当有写者请求时，必须确保当前没有读者或写者持有锁。这可能需要自旋等待，直到所有读者释放锁，或者当前写者释放。引用[4]指出，如果有读锁被持有，写锁请求会自旋等待；同样，写锁被持有时，读锁请求也需要等待。 同时，还要考虑公平性和优先级的问题。例如，是否写者优先于读者，以防止写者饥饿。但用户提供的引用中没有明确提到这点，可能需要进一步确认，但根据常规实现，读写锁通常会有偏向，要么读者优先，要么写者优先。 另外，自动续期机制在引用[3]中提到，用于分布式环境中的自旋锁，但用户的问题集中在实现原理，可能这部分属于应用层面的优化，不是核心原理，所以可以暂时忽略。 总结来说，实现读写自旋锁需要原子变量来跟踪读写状态，读锁通过计数器管理，写锁通过独占标志实现。获取读锁时，检查是否有写锁，没有则增加读计数；获取写锁时，需等待读计数为零且无其他写锁，然后设置写标志。释放锁时，对应减少计数或清除标志，并可能需要唤醒等待的线程。 在代码层面，可能使用类似test_and_set的原子操作，或者CAS（比较并交换）来实现状态的更新。例如，读锁的获取可能循环检查写锁是否被持有，如果没有则原子增加读计数。写锁的获取可能需要原子地设置写标志，同时确保读计数为零。 最后，需要注意并发控制中的竞争条件和内存可见性问题，使用内存屏障确保状态变更对其他线程可见。引用[5]提到的Linux内核源码解析可能涉及这些底层细节，但用户需要的是原理层面的解释，所以需要保持简洁，同时覆盖关键点。</think>### 读写自旋锁的实现原理与机制 读写自旋锁（Read-Write Spinlock）是一种用于并发控制的锁机制，核心思想是区分读操作和写操作，允许**多个读线程同时访问共享资源**，但**写线程必须独占访问**。其实现原理主要基于以下核心机制： --- #### **1. 状态分离与原子操作** 读写自旋锁通过一个**原子变量**（如32位整数）管理两种状态： - **读计数器**：记录当前持有读锁的线程数量（通常占用低位）。 - **写标志位**：标记是否有写线程持有锁（通常占用高位）。 例如，Linux内核中读写锁的结构定义可能如下（简化）： ```c typedef struct { atomic_t counter; // 高字节为写锁标志，低字节为读计数器 } rwlock_t; ``` --- #### **2. 读锁的获取与释放** - **获取读锁**： 1. 检查写标志位是否为0（无写锁持有）。 2. 若条件满足，原子操作增加读计数器。 3. 若检测到写锁被持有，则自旋等待[^4]。 - **释放读锁**： 1. 原子操作减少读计数器。 2. 若计数器归零且存在写锁等待，则唤醒写线程。 --- #### **3. 写锁的获取与释放** - **获取写锁**： 1. 原子操作尝试设置写标志位（如`test_and_set`指令）。 2. 若读计数器为0且写标志未被其他线程占用，则成功获取写锁。 3. 否则自旋等待，直到读计数器归零且写标志释放[^5]。 - **释放写锁**： 1. 清除写标志位。 2. 唤醒等待的读/写线程（具体策略因实现而异）。 --- #### **4. 互斥与优先级控制** - **读-写互斥**：读锁和写锁互斥，读操作期间禁止写操作，反之亦然。 - **写-写互斥**：同一时间仅允许一个写线程持有锁。 - **公平性策略**：部分实现会优先处理写请求（防止写线程饥饿），例如在Linux内核中，当写锁请求到来时，新读请求会被阻塞。 --- #### **5. 自旋锁的底层支持** - **原子操作**：依赖CPU的原子指令（如CAS、`xchg`）实现状态修改。 - **内存屏障**：确保锁状态的修改对其他线程可见，避免指令重排序问题[^5]。 - **CPU亲和性**：自旋锁在单核CPU中可能禁用
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