Linux pthread 互斥锁和内核调度程序

Question

我的一个 friend 对于如何在用户空间级别(在 pthread 库中)处理同步存在分歧。

一个。我认为在 pthread_mutex_lock 期间，线程会主动等待。意思是 linux 调度器启动这个线程，让它执行他的代码，它看起来应该是这样的:

while (mutex_resource->locked);

然后，调度另一个线程，它可能会释放 locked 字段等。因此，这意味着无论线程在做什么，调度程序都会等待线程完成其调度时间，然后再切换到下一个线程。

我的 friend 认为等待线程以某种方式告诉内核“嘿，我睡着了，根本不要等我”。在这种情况下，内核会立即安排下一个线程，而无需等待当前线程完成其调度时间，因为知道该线程正在休眠。

从我在 pthread 的代码中看到的，似乎有循环处理锁。但也许我错过了什么。

在嵌入式系统中，防止内核等待是有意义的。所以他可能是对的(但我希望他不是 :D)。

谢谢!

Answer 1

a. I think that during a pthread_mutex_lock, the thread actively waits.

是的，glibc 的 NPTL pthread_mutex_lock 有主动等待(自旋)，但是旋转仅用于非常短的时间并且仅用于某些类型的互斥锁。在此数量之后，pthread_mutex_lock 将通过调用 linux syscall futex 进入休眠状态。带有 WAIT 参数。

只有类型为 PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP 的互斥量才会自旋，默认为 PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP(普通互斥量)而不自旋。 Check MAX_ADAPTIVE_COUNT in __pthread_mutex_lock sources ).

如果你想做无限旋转(主动等待)，使用pthread_spin_lock函数与 pthread_spinlock_t 类型的锁。

我会考虑你的问题的其余部分，就好像你正在使用 pthread_spin_lock:

Then, another thread is scheduled which potentially free the locked field, etc. So this means that the scheduler waits for the thread to complete its schedule time before switching to the next one, no matter what the thread is doing.

是的，如果存在对 CPU 核心的争用，您的主动自旋线程可能会阻止其他线程执行，即使另一个线程将解锁您的线程所需的互斥锁(自旋锁)。

但是如果没有争用(没有线程超额订阅)，并且线程被安排在不同的核心上(巧合，或者通过使用 sched_setaffinity 或 pthread_setaffinity_np 手动设置 cpu affinity)，自旋将使您能够更快地进行，然后使用基于操作系统的 futex。

b. My friend thinks that the waiting thread somehow tells the kernel "Hey, I'm asleep, don't wait for me at all". In this case, the kernel would schedule the next thread right away, without waiting for the current thread to complete...

是的，他是对的。

futex 是操作系统的现代说法，该线程正在等待内存中的某个值(用于打开一些 mutex)；在当前的实现中，futex 也会让我们的线程进入休眠状态。如果内核知道何时唤醒此线程，则不需要唤醒它来进行旋转。它怎么知道的？锁所有者在执行 pthread_mutex_unlock 时，将检查是否有任何其他线程在这个互斥体上休眠。如果有的话，锁所有者将调用 futex 和 FUTEX_WAKE，告诉操作系统唤醒一些线程，在这个互斥锁上注册为休眠者。

如果线程在操作系统中将自己注册为等待者，则无需自旋。