OS 忙等待、让权等待、自旋锁、互斥锁的概念

在介绍临界区互斥问题的时候，提到了忙等待和让权等待的概念。

在解决临界区互斥问题的硬件解决方案中有一种利用TSL指令实现互斥的方案，里面提到了加锁的概念，查阅资料发现加锁有自旋锁和互斥锁两种。

 

首先，什么是忙等待？什么是让权等待？

 

忙等待：可以与自旋锁、轮询等同，进程不断申请进入临界区，直到被允许。像 while(judge)

让权等待：进程申请进入临界区，不被允许则睡眠（阻塞、等待）。像 sleep()

          睡眠是阻塞的一种方式，睡眠的进程会sleep一段时间，醒来后继续运行。

 

两者比较，忙等待一直占用CPU，一直申请进入临界区操作，进程处于运行态；

                  让权等待申请一次后被拒，则主动让出CPU，进程处于阻塞态

 

 

那么，什么是自旋锁？什么是互斥锁？

 

锁：指进入临界区的判断标志，

       比如变量LOCK，若LOCK=0，表示当前临界区无进程，申请的进程可以进入，若LOCK=1，表示当前临界区有进程，申请的进程都不允许进入

 

自旋锁：代码说明：while(LOCK==1); LOCK=1;（只是简单地说明意思，并不一定是这样的）

              实际上，自旋锁是硬件实现的，会“锁总线”，将这两行代码变成一个原子操作（命令TSL或XCHG），以保证不会被中断，实现互斥。

 

互斥锁：代码说明：while(LOCK==1) {sleep; } LOCK=1;（只是简单地说明意思，并不一定是这样的）

              同上，硬件实现，原子操作

 

两者比较，使用自旋锁会导致忙等待，使用互斥锁会导致进程让权等待

                  自旋锁的忙等会浪费CPU，长时间的浪费可能导致死锁。

                  所以，自旋锁适用于临界区操作时间短的多进程，操作时间短可以减少忙等的时间。

                  而互斥锁由于需要进程调度且睡眠时间较长，所以适用于临界区操作时间长的。

 

另外，自旋锁只适用于多处理器的情况，在单处理器中相当于空操作。why？

 

如果是单处理器，

对于非抢占式（没有时间片，只有结束或者阻塞的时候，才会释放CPU，让其他进程运行），

不会发生一个获得锁的进程被迫释放CPU的情况，所以进程会按照优先级完成临界区的操作，终止进程，让出CPU给下个进程。这种情况下，没有自旋的发生，自旋锁也就没用了。

对于抢占式（没有时间片，在运行过程中，会被高优先级的进程抢占CPU），

会发生一个获得锁的进程被抢占被迫释放CPU的情况，如果发生抢占，临界区的锁还在被抢占的进程手里，抢占CPU的进程没有获得锁，只能一直自旋，形成死锁。（所以自旋锁都设置了自旋时间的上限，以防止这种情况的发生）

 

为了应对抢占式可能形成死锁的情况，对自旋锁进行优化，使得单处理器的自旋锁可以禁止进程抢占，将抢占式变成非抢占式，而非抢占式又没有自旋，所以单处理器的自旋相当于空操作

 

参考

https://blog.csdn.net/liuchuo/article/details/51986201/

https://blog.csdn.net/u011240016/article/details/53313422?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1.channel_param&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1.channel_param

https://www.cnblogs.com/lztkdr/p/8377853.html

https://blog.csdn.net/lamdoc/article/details/7662900?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-2.channel_param&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-2.channel_param