nignx下自旋锁源码分析

Nginx_spinlock.c
    /* 
     * 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  
      
    }  

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。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。

参考资料:深入理解nginx


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