自旋鎖的枝枝蔓蔓

近期在讀《多處理器編程的藝術》一書，英文版的，最近發現技術類書籍中文翻譯版的品質越來越差，譯者很多都是單純為了錢，其實他們在IT領域很多都是大白，因此還是看原汁原味的英文版吧，雖然吃點力，起碼準確。我利用地鐵上的時間讀了自旋鎖這一章，感覺很有收穫。

自旋鎖在單一處理器非搶佔OS上其實是沒有意義的，只有在多處理器上才有意義，最簡單的自旋鎖就是亂搶的那種，可是所有的處理器上啟動並執行線程都等待同一個變數，會導致所有的爭搶鎖的處理器的cache被重新整理，因此設計者設計出一種新的自旋鎖，每個線程自旋在本處理器的變數上，這樣不會導致所有的處理器重新整理緩衝，該版本自旋鎖的第一個實現就是array鎖，然而array是靜態分配大小的，如果爭搶鎖的線程很少，就會導致空間浪費，於是第二個實現就是隊列鎖，隊列是按需動態擴充的，因此解決了第一個實現中的問題。雖然該種新的自旋鎖避免了cache重新整理，同時又防止了空間浪費，但是會導致饑餓問題，排在後面的爭搶者可能會由於排隊時間過長而損失其響應度，因此一種帶有逾時值的鎖油運而生，這樣就避免了自旋鎖由於排隊長期自旋，總之，只要排隊自旋鎖的隊列過長，那麼就有可能導致饑餓，那麼有沒有什麼辦法限制隊列的長度呢？當然是有的，這就是複合鎖，就是權衡了逾時鎖和排隊鎖的優勢，並且加入了一層新的爭搶的概念，該一層概念類似於令牌，也就是說只有拿到令牌的線程才可以排隊爭搶自旋鎖，令牌的數量是有限的，因此就限制了隊列的長度，如果一個線程拿到了令牌，但是排隊逾時了，那麼它將放棄該令牌，拋出異常，由調用者決定接下來的動作。但是等一下，看看這個鎖有什麼問題，本來是爭搶自旋鎖，現在成了爭搶令牌，這有何意義，其實爭搶令牌是為了讓爭搶鎖更加公平，避免饑餓現象，既然要避免饑餓，那麼打破先來先服務是必要的，這個爭搶令牌的過程就是打破先來先服務的過程，爭搶令牌簡單的使用了退避演算法，為了不使系統在爭搶令牌上開銷過大。如果不是為了在已經避免了饑餓的逾時鎖的基礎上兼顧公平性，逾時鎖已經很不錯了，可是複合鎖進一步加強了公平性，這種公平就是通過打破先來先服務實現的。