multithreading - 自旋锁是免费的吗？

Question

我对这两个概念有点困惑。

维基上无锁的定义:

A non-blocking algorithm is lock-free if there is guaranteed system-wide progress

非阻塞的定义:

an algorithm is called non-blocking if failure or suspension of any thread cannot cause failure or suspension of another thread

我认为自旋锁是无锁的，或者至少是非阻塞的。但现在我不确定。因为根据定义， "spinlock is not lock-free"对我来说也很有意义。就像，如果持有自旋锁的线程被挂起，那么它会导致其他在外面旋转的线程被挂起。所以，根据定义， spinlock甚至不是非阻塞的，更不用说无锁了。

我现在很困惑。谁能解释清楚？

Answer 1

任何可以称为锁的东西(在当前线程解锁之前从临界区中排除其他线程)都不是无锁的。是的，自旋锁是一种锁。

如果一个线程在持有锁时休眠，则没有其他线程可以获取它并向前推进，而自旋锁无法阻止这种情况。操作系统可以随时取消调度线程，即使它处于临界区的中间。

请注意，“无锁”与“无等待”不同，因此无锁算法仍然可以有像 cmpxchg 重试循环这样的东西，但只要一个线程每次都成功，它就是无锁的。

无等待算法甚至不能做到这一点，最多必须等待竞争原子操作的缓存未命中/硬件仲裁。维基百科的non-blocking algorithm article更详细地定义了无等待和无锁。

我认为您混淆了“阻塞”的两个定义。

我认为您在谈论 spin_trylock尝试获取自旋锁的函数 , 如果它失败而不是旋转，则返回错误。因此，这是与非阻塞 I/O 相同意义上的非阻塞:因错误而失败，而不是等待资源可用性。

这并不意味着系统中的任何线程在受自旋锁保护的事物上取得进展。 这只是意味着您的线程可以在再次尝试之前去做其他事情，而不是需要使用单独的线程来与等待获取锁并行执行某些操作。

在无限循环中旋转算作阻塞/不进展。对于这个定义，纯自旋锁和(在操作系统帮助下)休眠直到另一个线程解锁的自旋锁之间没有区别。

无锁的定义与浪费 CPU 时间/功率来为独立工作腾出空间无关。

有点相关:获取无竞争的自旋锁不需要系统调用，这意味着它是一个“轻量级”锁。即使在无竞争的情况下，一些锁实现也总是使用(相对较慢的)系统调用。见 Jeff Preshing's Always Use a Lightweight Mutex文章。另请阅读 Jeff 的其他帖子以了解有关无锁编程的更多信息，因为它们非常出色。事实上，[无锁] 标签维基链接到它们非常好。