活锁方案与自旋锁

时间:2024-02-11 22:25:51 标签:  方案  

问题

如何设置获取互斥量时的等待时间?
如果等待超时,如何避免死锁?

避免死锁 -- 设置等待超时

解决方案:

1、尝试获取第 1 个互斥量:

  • 若成功,则转 2 执行;若失败,则等待;

2、尝试在规定时间内获取第 2 个互斥量:

  • 若成功,则执行临界区代码
  • 若失败,则释放第 1 个互斥量,休眠后转 1 执行

互斥量获取超时 API 函数

"活锁" 解决方案实现

思考

线程获取互斥量失败后究竟发生了什么?

Linux 中的自旋锁

自旋锁也是一种用于保证临界区的原子性的机制

自旋锁与互斥量类似,在任何时刻,最多只能有一个持有者

自旋锁与互斥量在内部机制上不同:

  • 互斥量:
    • 如果已经被其他线程持有,则当前线程进入等待状态 (不占用处理器,进入等待队列)
  • 自旋锁:
    • 如果已经被其他线程持有,则当前线程一直循环查看自旋锁是否再次可持有

互斥量 vs 自旋锁

应用场景

  • 互斥量是一种普适的解决方案,通用性强,副作用小
  • 自旋锁是一种特定场景下的解决方案,通用性弱,副作用大

实现机制

  • 互斥量涉及线程上下文切换,因此在效率上存在不足 (消耗时间资源)
  • 线程一直尝试获取自旋锁,因此不会进入阻塞状态 (消耗处理器资源)

Linux 中的自旋锁 API 函数

自旋锁类型:

  • PTHREAD_PROCESS_PRIVATE => 进程内自旋锁 (同一进程中的线程可用)
  • PTHREAD_PROCESS_SHARED => 进程间自旋锁 (任意进程的任意线程可用)

下面的多线程程序有问题吗?

自旋锁使用细则

轻量级锁定,即:临界区相对短小,自旋锁持有时间非常短

同一线程不可重复获取自旋锁 (导致死锁)

如果只有一个单核处理器,不建议使用自旋锁

线程一旦获取自旋锁,则不能让出处理器使用权

即:线程 获取锁 到 释放锁 的时间内只有一个执行流

有没有一种可能

存在一种 "锁" 类型:

  • 效率高 => 不会轻易发生上下文切换,使得线程进入阻塞状态
  • 无死锁 => 不会无限制自旋,适合的时间让出处理器使用权

关于 PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP 类型

一种特殊的互斥量,又名:自适应锁

自适应锁先以自旋的方式持续尝试获取目标锁

当超时未能获取目标锁,则让出处理器使用权,线程进入阻塞状态

自适应锁相对普通互斥量效率更高,相对自旋锁安全性更好

下面的多线程程序有问题吗?

来源:分享自作者个人站点/博客

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