Nginx 源码完全剖析 nginx 自旋锁 ngx_spinlock
Nginx 是多进程模式的，一个 master 与多个 workers，一般工作在多核 CPU 上，所以自旋锁就是必须用到的。Nginx 中的自旋锁的定义，位于 ngx_spinlock.c 中，如下：
void
ngx_spinlock(ngx_atomic_t *lock, ngx_atomic_int_t value, ngx_uint_t spin)
{
#if (NGX_HAVE_ATOMIC_OPS)
ngx_uint_t i, n;
for ( ;; ) {
// lock 即为锁，是一个整数
// ngx_atomic_cmp_set 是平台相关的，一般都涉及内联汇编
if (*lock == 0 && ngx_atomic_cmp_set(lock, 0, value)) {
return;
}
// 多核
if (ngx_ncpu > 1) {
// 等待与重试策略，见下面的描述
for (n = 1; n < spin; n <<= 1) {
for (i = 0; i < n; i++) {
ngx_cpu_pause();
}
if (*lock == 0 && ngx_atomic_cmp_set(lock, 0, value)) {
return;
}
}
}
ngx_sched_yield();
}
#else
#if (NGX_THREADS)
#error ngx_spinlock() or ngx_atomic_cmp_set() are not defined !
#endif
#endif
}
其中用 lock 这个整形变量表示锁，在笔者的机器（Darwin 12.0）上，是如下定义的：
typedef volatile ngx_atomic_uint_t ngx_atomic_t;
再回到上面 spinlock 的源码分析中，如果 ngx_ncpu（表示 CPU 的核心数）超过 1 个，即多核 CPU，则要等待/重试。举个例子，如果 spin 为 80，则第一次等待 1 个 ngx_cpu_pause() 操作，然后再次查看锁是否可用。接下来每轮分别等待 2个、4 个、8 个、16 个、32 个、64 个 ngx_cpu_pause() 操作后再试。这中间过程中如果出现锁被释放从而可以使用的情况，则循环会被中止，spinlock 函数会返回值。如果重试仍没有成功，则执行 ngx_sched_yield，然后再重复上面的操作。
另外其中的 ngx_atomic_cmp_set 函数也很有探讨价值。在 Darwin 12.0 上面是如下的宏定义：
#define ngx_atomic_cmp_set(lock, old, new) \
OSAtomicCompareAndSwap64Barrier(old, new, (int64_t *) lock)
在我一位朋友的 Linux 环境（具体忘记了，但是 x86），如下。其中的内联汇编可以参考本博客内的 GCC 内联汇编的两篇博文。其中的 SMP 为总线锁。
static ngx_inline ngx_atomic_uint_t
ngx_atomic_cmp_set(ngx_atomic_t *lock, ngx_atomic_uint_t old,
ngx_atomic_uint_t set)
{
u_char res;
__asm__ volatile (
NGX_SMP_LOCK
" cmpxchgl %3, %1; "
" sete %0; "
: "=a" (res) : "m" (*lock), "a" (old), "r" (set) : "cc", "memory");
return res;
}
这里输出为 res，保存在 eax 寄存器中。输入为 *lock（内存中）、old（eax中）、set（r 表示通用寄存器）。这样 %0 就是 res，%1 就是 *lock，%2 就是 old，%3 就是 set。
如果 *lock 和 old 相等，则异或（cmpxchgl）为 0，则 ZF 为 1，sete 将 res（%0）的值设置为 1 并返回它。如果 *lock 和 old 不相等，则异火值非零，所以 ZF 非零，则 sete 不会执行动作，即 res 值为 0，即调用 ngx_atomic_cmp_set 失败。
cmpxchgl 会影响 ZF（Zero Flag）标志位。