[系统运维]Linux系统编程-(pthread)线程通信(自旋锁)

1. 自旋锁介绍

自旋锁不管是内核编程，还是应用层编程都会用到；自旋锁和互斥量类似，它不是通过休眠使进程阻塞，而是在获取锁之前一直处于忙等（也就叫自旋）状态。

自旋锁可用于下面的情况：锁被持有的时间短，并且线程不希望再重新调度上花费太多的成本。自旋锁通常作为底层原语用于实现其他类型的锁。根据他们所基于的系统架构，可以通过使用测试并设置指令有效地实现。当然这里说的有效也还是会导致CPU资源的浪费：当线程自旋锁变为可用时，CPU不能做其他任何事情，这也是自旋锁只能够被只有一小段时间的原因。

自旋锁总结:

1. 自旋锁和互斥锁的使用框架、场景相似的。

2. 互斥锁在得不到锁的时候会休眠。

3. 自旋锁在得不到锁的时候不会休眠，会一直检测锁的状态。

4. 自旋锁比较适合保护变量赋值、函数调用等场景。

2. 自旋锁相关接口函数

1. 销毁自旋锁
int   pthread_spin_destroy(pthread_spinlock_t *);
2. 初始化自旋锁
int   pthread_spin_init(pthread_spinlock_t *, int);
3. 自旋锁上锁(阻塞)
int   pthread_spin_lock(pthread_spinlock_t *);
4. 自旋锁上锁(非阻塞)
int   pthread_spin_trylock(pthread_spinlock_t *);
5. 自旋锁解锁
int   pthread_spin_unlock(pthread_spinlock_t *);
以上函数成功都返回0.

pthread_spin_init 函数的pshared参数表示进程共享属性，表明自旋锁是如何获取的，如果它设为PTHREAD_PROCESS_SHARED，则自旋锁能被，可以访问锁底层内存的线程所获取，即使那些线程属于不同的进程。否则pshared参数设为PTHREAD_PROCESS_PRIVATE，自旋锁就只能被初始化该锁的进程内部的线程访问到。

如果自旋锁当前在解锁状态，pthread_spin_lock函数不要自旋就可以对它加锁，试图对没有加锁的自旋锁进行解锁，结果是未定义的。需要注意，不要在持有自旋锁情况下可能会进入休眠状态的函数，如果调用了这些函数，会浪费CPU资源，其他线程需要获取自旋锁需要等待的时间更长了。

3. 自旋锁运用模板

下面代码创建了两个线程，分别访问一个全局变量，这里采用自旋锁进行保护。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <dirent.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

pthread_spinlock_t spinlock;

int data;
/*
线程工作函数
*/
void *thread_work_func(void *dev)
{
    while(1)
    {
        pthread_spin_lock(&spinlock); //上锁
        printf("data=%d\n",data);
        pthread_spin_unlock(&spinlock); //解锁
        sleep(1);
    }
}

/*
线程工作函数
*/
void *thread_work_func2(void *dev)
{
    while(1)
    {
        pthread_spin_lock(&spinlock); //上锁
        data++;
        pthread_spin_unlock(&spinlock); //解锁
        sleep(1);
    }
}

int main(int argc,char **argv)
{   
    //初始化自旋锁
    pthread_spin_init(&spinlock,PTHREAD_PROCESS_PRIVATE);

    /*1. 创建子线程1*/
    pthread_t thread_id;
    if(pthread_create(&thread_id,NULL,thread_work_func,NULL)!=0)
    {
        printf("子线程1创建失败.\n");
        return -1;
    }
    /*2. 创建子线程2*/
    pthread_t thread_id2;
    if(pthread_create(&thread_id2,NULL,thread_work_func2,NULL)!=0)
    {
        printf("子线程2创建失败.\n");
        return -1;
    }

    /*3. 等待线程的介绍*/
    pthread_join(thread_id,NULL);
    pthread_join(thread_id2,NULL);

    //销毁自旋锁
    pthread_spin_destroy(&spinlock);
    return 0;
}