nginx無鎖機制的學習

2021-08-10 15:30:05 字數 2067 閱讀 5078

在nginx中,廣泛應用了cas(compare-and-swap)操作來完成程序同步。

包括ngx_spinlock,ngx_trylock,ngx_rwlock_wlock,ngx_rwlock_rlock,ngx_shmtx_trylock,ngx_shmtx_lock等各種鎖,均由ngx_atomic_cmp_set的cas操作來實現。

cas操作作為原子操作,在linux上最低的支援版本是gcc4.1,api是

__sync_bool_compare_and_swap(lock, old, set)

在windows上,相應的api是

interlockedcompareexchange

在c++11中,進行了跨平台的擴充套件,stl的函式是

atomic_compare_exchange_weak(

在gcc4.1之前的版本,可以用函式來實現cas操作,在nginx中,給出了實現,也是cas的原理

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)

return 0;

}

廣泛應用的cas操作,應該對應於cmpxchg 彙編指令,是一條原子操作,更確切的實現是這樣的:

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)

既然nginx中cas是可以替代各種鎖,那用cas操作當然可以替代最簡單的mutex的互斥鎖。

替代的方法如下:

int mutex = 0;

int lock = 0;

int unlock = 1;

while (!(__sync_bool_compare_and_swap (&mutex,lock, 1) ))usleep(10000);//100000

//pthread_mutex_lock(&mutex_lock);

count++;

// pthread_mutex_unlock(&mutex_lock);

__sync_bool_compare_and_swap (&mutex, unlock, 0);

用mutex=0表示無線程用count,用mutex=1來表示有人用count。

其中usleep(10000)是我隨便寫的乙個數,來給cpu空閒的事情,在nginx中,用ngx_cpu_pause來給cpu的空閒。

其中ngx_cpu_pause的實現為

__asm__ ("pause")

這裡經測試,cas操作的效能比mutex提公升的超過10倍,而cpu的使用率基本一致,這應該是nginx高效的原因。

在nginx中,也並非完全不用mutex,仍然有用ngx_thread_mutex_lock的地方,而ngx_thread_mutex_lock的實現是mutex。

用mutex的原因,在於,需要配合條件變數來一起使用,配合ngx_thread_cond_signal,來完成執行緒和執行緒之間的任務分發。

使用mutex獲取鎖分為兩階段,第一階段在使用者態採用spinlock鎖匯流排的方式獲取一次鎖,如果成功立即返回;否則進入第二階段,呼叫系統的futex鎖去sleep,當鎖可用後被喚醒,繼續競爭鎖。這樣mutex是有進入核心態,執行緒進行睡眠。

總結一下,mutex加cond的使用場景,是不常進入,有長期等待的環境,長時間保持鎖才需要使用,比如任務的開始或結束。

執行緒頻繁切換的地方,可以完全用cas操作來進行了,當然採用cas並不是最優的方法,還需要封裝乙個spinlock才是正經的道理。

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