Linux内核中锁的总结

锁的总结

锁	描述	问题
经典自旋锁	在同一时刻只能被一个内核代码路径持有	刚刚释放锁的CPU更有机会马上又获得锁，没有考虑在锁外面等待了很久的CPU，导致在锁争用激烈场景下性能低下；在多处理器和NUMA系统中，所有等待自旋锁的线程都在同一个共享变量上自旋，申请和释放都在同一个变量上修改，高速缓存一致性原理导致参与自旋的CPU中的高速缓存行变得无效，在锁正用激烈的过程中，可能导致严重的CPU高速缓存行颠簸现象
基于排队的FIFO算法的自旋锁	解决了在锁争用激烈场景下性能低下的问题	无法解决CPU高速缓存行颠簸现象
MCS锁（OSQ锁）	OSQ锁是MCS锁机制的一个具体的实现，MCS算法的核心思想是每个锁的申请只在本地CPU的变量上自旋，而不是在全局变量上，显著缓解CPU高速缓存行颠簸问题	MCS锁机制会导致spinlock数据结构变大，在内核中很多数据结构内嵌了spinlock数据结构，这些数据结构对大小很敏感，这导致了MCS锁机制一直没能在spinlock数据结构上应用，只能屈就于互斥锁和读写信号量
基于MCS算法的排队自旋锁	基于MCS算法的排队自旋锁在性能方面优于基于排队的FIFO算法的自旋锁。基于MCS算法的排队自旋锁非常适合NUMA架构的服务器，特别是有大量的CPU内核且锁争用激烈的场景	自旋锁是一种实现忙等待的锁
信号量	信号量允许进程进入睡眠状态，信号量适用于一些情况复杂、加锁时间比较长的应用场景	没有区分临界区的读写操作
互斥锁	互斥锁用于互斥操作，类似于 count 值等于 1 的信号量，但互斥锁相比信号量执行速度更快、可扩展性更好、数据结构定义更小；互斥锁实现了乐观自旋等待机制	没有区分临界区的读写操作
读写锁	读写锁有两种，分别是读者自旋锁类型和读者信号量。允许多个读者同时进入临界区，但同一时刻写者不能进入；同一时刻只允许一个写者进入临界区；读者和写者不能同时进入临界区	它允许多个读者同时存在，但是读者和写者不能同时存在
读写信号量	读写锁的一种	它允许多个读者同时存在，但是读者和写者不能同时存在
RCU	RCU记录了所有指向共享数据指针的使用者，当要修改共享数据时，首先创建一个副本，在副本中修改，所有读者线程离开读者临界区之后，指针指向修改后的副本，并且删除旧数据；使用对象是受保护资源必须通过指针访问，如链表等	Tree RCU巧妙地解决了经典RCU中cpumask位图竞争锁激烈的问题