嵌入式高频面试题-互斥锁和自旋锁的区别?

1、为什么经常问这个问题?

(1)多核处理器下,会存在多个进程可以访问共享数据,需要对共享数据进行保护,即互斥处理;

(2)许多更高级的锁/互斥方式都是基于互斥锁和自旋锁实现的;

2、自旋锁和互斥锁的区别

互斥锁

互斥锁是一种独占锁,当线程A加锁成功后,此时互斥锁已经被线程A独占了,只要线程A没有释放手中的锁,线程B获取锁就会失败,就会释放掉CPU给其他线程,线程B加锁的代码就会被阻塞。

互斥锁加锁失败而阻塞是由操作系统内核实现的,当加锁失败后,内核将线程置为睡眠状态,等到锁被释放后,内核会在合适的时机唤醒线程,当这个线程加锁成功后就可以继续执行。

互斥锁加锁失败后,会从用户态陷入到内核态,让内核来完成切换线程,虽然简化了使用锁的难度,但是存在一定的性能开销成本。

互斥锁的两次线程上下文切换成本:

(1)当线程加锁失败时,内核将线程的状态从运行切换到睡眠状态,并将线程加入该锁的睡眠队列中,然后把CPU切换给其他线程运行;

(2)当锁被释放时,从锁的睡眠队列中获取之前睡眠状态的线程并设置位就绪状态,然后内核就会在合适的时间把CPU切换给该线程运行;

对于线程的上下文切换,如果两个线程属于同一个进程,其虚拟内存是共享的,在切换线程时VM虚拟内存环境不需要切换保持不动,只需要切换线程的私有数据(栈等)、寄存器等不共享的数据。

上下文切换的耗时大概在几十纳秒到几微秒之间,如果临界区的代码执行时间比较短,可能上下文切换的时间比临界区的代码执行时间还要长。如果能确定临界区的代码执行时间很短,应选择自旋锁而不是互斥锁。

自旋锁

自旋锁不会引起调用者睡眠,如果自旋锁已经被别的线程保持,调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁,"自旋"一词就是因此而得名。以往的spinlock,在获得不到资源时,让Core进入busy loop,但是在ARM中,通过插入WFE指令,可以节省功耗,也算是因祸(损失了性能)得福(降低了功耗)吧。

3、ARM WFI和WFE指令

WFI(Wait for interrupt)和WFE(Wait for eve

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11-01 22:27
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