自旋锁简介
Nginx框架使用了三种消息传递方式:共享内存、套接字、信号。
Nginx主要使用了三种同步方式:原子操作、信号量、文件锁。
基于原子操作,nginx实现了一个自旋锁。自旋锁是一种非睡眠锁。如果某进程视图获得自旋锁,当发现锁已经被其他进程获得时,那么不会使得当前进程进入睡眠状态,而是始终保持进程在可执行状态,每当内核调度到这个进程执行时就持续检查是否可以获取到所锁。
自旋锁的应用场景
自旋锁主要是为多处理器操作系统而设置的,他要解决的共享资源保护场景就是进程使用锁的时间非常短(如果锁的使用时间很久,自旋锁不合适,因为会占用大量的CPU资源)。
大部分情况下Nginx的worker进程最好都不要进入睡眠状态,因为它非常繁忙,在这个进程的epoll上可能有十万甚至百万的TCP连接等待着处理,进程一旦睡眠后必须等待其他事件的唤醒,这中间及其频繁的进程间切换带来的负载消耗可能无法让用户接受。
自旋锁源码分析
下面通过源代码看自旋锁的具体实现(Nginx_spinlock.c,Nginx1.4.1版本):
/*
* Copyright (C) Igor Sysoev
* Copyright (C) Nginx, Inc.
*/
#include <ngx_config.h>
#include <ngx_core.h>
//函数:基于原子操作的自旋锁方法ngx_spinlock的实现
//参数解释:
//lock:原子变量表达的锁
//value:标志位,锁是否被某一进程占用
//spin:在多处理器系统内,当ngx_spinlock方法没有拿到锁时,当前进程在内核的一次调度中该方法等待其他处理器释放锁的时间
void
ngx_spinlock(ngx_atomic_t *lock, ngx_atomic_int_t value, ngx_uint_t spin)
{
#if (NGX_HAVE_ATOMIC_OPS)//支持原子操作
ngx_uint_t i, n;
//一直处于循环中,直到获取到锁
for ( ;; ) {
//lock为0表示没有其他进程持有锁,这时将lock值设置为value参数表示当前进程持有了锁
if (*lock == 0 && ngx_atomic_cmp_set(lock, 0, value)) {
return;
}
//如果是多处理器系统
if (ngx_ncpu > 1) {
for (n = 1; n < spin; n <<= 1) {
//随着等待的次数越来越多,实际去检查锁的间隔时间越来越大
for (i = 0; i < n; i++) {
ngx_cpu_pause();//告诉CPU现在处于自旋锁等待状态
}
//检查锁是否被释放
if (*lock == 0 && ngx_atomic_cmp_set(lock, 0, value)) {
return;
}
}
}
//当前进程让出处理器,但仍然处于可执行状态
ngx_sched_yield();
}
#else
#if (NGX_THREADS)
#error ngx_spinlock() or ngx_atomic_cmp_set() are not defined !
#endif
#endif
}
上面的代码需要注意的是:在多处理器下,当发现锁被其他进程占用时,当前进程并不是立刻让出正在使用的CPU处理器,而是等待一段时间,看看其他处理器上的进程是否会释放锁,这会减少进程间切换的次数。
函数ngx_cpu_pause():是虚度哦架构体系中专门为了自旋锁而提供的指令,它会告诉CPU现在处于自旋锁等待状态,通常一个CPU会将自己置于节能状态,降低功耗。但是当前进程并没有让出正在使用的处理器。
函数ngx_sched_yield():当前进程仍仍然处于可执行状态,但暂时让出处理器,使得处理器优先调度其他可执行状态的进程,这样,在进程被内核再次调度时,在for循环代码中可以期望其他进程释放锁。
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