Spinlock与繁忙的等待

Question

请解释为什么忙碌的等待通常会被皱眉，而旋转通常被认为是好的。据我所知，它们都是无限循环的，直到满足某种条件。

Answer 1

当资源争用较低时，通常使用自旋锁，因此，在继续进行生产性工作之前，CPU只需进行几次迭代。但是，锁定功能的库实现通常使用自旋锁，然后是常规锁。如果无法在合理的时间范围内获取资源，则使用常规锁。这样做是为了减少上下文开关在通常快速获得锁的设置中的开销。

术语繁忙-等待往往意味着您愿意旋转和等待改变硬件寄存器或内存位置。这个术语不一定意味着锁定，但它确实意味着在一个紧密的循环中等待，反复探索更改。

您可能需要使用繁忙的等待，以检测您想要立即响应的环境中的某种变化。因此，使用繁忙等待实现自旋锁。繁忙等待在任何情况下都是有用的，在这种情况下，非常低的延迟响应比浪费CPU周期更重要(比如在某些类型的嵌入式编程中)。

与此相关的术语是“无锁”和“无等待”：

所谓的无锁算法倾向于使用与CAS指令紧密的繁忙等待，但是这种争用在普通情况下是如此之低，以至于CPU通常只需要迭代几次。

所谓的无等待算法根本不做任何繁忙的等待。

(请注意，在学术上下文中使用“无锁”和“无等待”略有不同，请参阅维基百科在非阻塞算法上的文章。)

Answer 2

标准互斥或自旋互斥:当线程调用锁定并获取互斥的函数时，该函数在锁住互斥锁之前不会返回。这对于事件同步来说是典型的:等待事件的线程，即它已经获得互斥拥有权的事实。有两种方法可以做到这一点： 空闲等待:如第2章所述，等待锁定互斥锁的线程处于等待状态。它释放CPU，然后可以用来运行另一个线程。当互斥锁可用时，运行时系统唤醒并重新安排等待线程，然后等待线程可以锁定现在可用的互斥对象。 ·繁忙的等待，也称为旋转等待，其中等待锁定互斥对象的线程不会释放CPU。它仍然按计划进行，在互斥锁释放之前执行一些琐碎的不做任何操作指令。 标准互斥通常订阅第一个策略，并执行空闲等待。但是，一些库还提供了订阅spin等待策略的互斥对象。最好的方法取决于应用程序的上下文。简而言之，在用户空间中旋转等待是更有效的，因为将线程置于阻塞状态需要循环。但是在长时间的等待中，休眠线程释放它的CPU使循环对其他线程可用。

我发现这与这个来源有很大关系：https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/waiting-thread

Answer 3

当您了解规则的确切原因并具有详细的平台和应用程序知识时，您就知道何时违反该规则是合适的。自旋锁是由专家实现的，他们完全了解他们正在开发的平台和打算用于自旋锁的应用程序。

忙着等待的问题很多，但在大多数平台上，都有解决方案。问题包括：

1. 对于具有超线程的CPU，繁忙等待的线程可能会饥饿位于同一个物理内核中的另一个线程，甚至是它正在等待的线程。
2. 当你忙着等待，当你终于得到你等待的资源时，你选择了所有被错误预测的分支的母亲。
3. 忙着等待会干扰CPU的电源管理。
4. 繁忙的等待会使核心总线饱和，因为您一直在检查的东西会导致高速缓存同步通信。

但是，设计自旋锁的人了解所有这些问题，并且确切地知道如何在平台上减轻这些问题。他们不写天真的纺纱代码，他们写智能纺纱代码。

因此，是的，它们都无限循环，直到满足某些条件，但它们的循环不同。