什么保证多处理器上具有自旋锁的线程在不同的处理器上运行

Question

我知道自旋锁只适用于多处理器。但是，如果两个线程试图获取相同的资源并且一个被置于自旋锁上，那么是什么阻止另一个线程不在同一个处理器上运行呢？如果发生这种情况，带有自旋锁的那个将阻止持有资源的那个超出。在这种情况下，它变成了死锁。操作系统如何防止它发生？

Answer 1

首先介绍一些背景事实：

• 自旋锁（和一般的锁）不限于多处理器系统。它们在单处理器上运行良好，甚至单线程应用程序也可以使用它们而不会造成任何伤害。
• 自旋锁不仅由操作系统提供，它们还具有纯用户空间实现。例如，tbb 提供 tbb::spin_mutex。
• 默认情况下，没有什么可以阻止线程在任何可用 CPU 上运行（无论它们使用何种锁）。
• 有可重入/递归类型的锁。这意味着如果一个线程获得它一次，并试图再次获得它而不释放它，它将成功，而不是像通常的锁那样死锁。但这并不意味着仅仅因为它们被调度到同一个 CPU 就适用于不同的线程。对于任何类型的锁，如果一个软件线程锁定了一个互斥锁，其他线程必须等待。

一个线程有可能在释放锁之前获得锁并被抢占（即被操作系统计时器中断）。另一个线程可以调度到同一个 CPU，它可能想要获取同一个锁。在纯自旋锁的情况下，该线程将无用地自旋，直到超过操作系统允许的时间片并被抢占。最后，第一个线程将有机会运行并释放它的锁，以便另一个线程能够获取它。

如您所见，将时间花在绝望的等待上效率并不高。因此，更复杂的实现，在多次尝试获取自旋锁后，调用 OS 寻求帮助，以便自愿将其时间片交给其他可能解锁当前线程的线程。