pthread_spinlock 是否会导致从用户空间切换到内核空间

Question

我知道很多事情会导致从用户空间切换到内核空间，例如malloc 、 ptherad_mutex_lock等。

我的问题是自旋锁是否也会导致切换，还是会留在用户空间？

此外，来自 C++11 的关于std::atomic相同问题： std::atomic将留在用户空间还是需要从用户空间切换到内核空间？

Answer 1

这取决于实现， pthread_spin_lock不正式保证保留在用户空间中。 在具有 CAS 指令的系统（即大多数商品 SMP 系统）的实践中，情况通常如此。

以下是x86 、 x86-64 、 ia64 、 sparc32 、 sparc64 、 PPC 、 SH4和一般情况的 glibc 实现的链接，所有这些都基于 CAS 循环。

同样，不能保证特定的std::atomic实现不会进入内核，但在实践中，尤其是当std::atomic<T>::is_lock_free()返回true ，它将在用户空间中实现原子指令的帮助。

另请注意，在现代 Linux 中pthread_mutex_lock是使用futex实现的，即“用户空间互斥锁”，它在非争用情况下仍保留在用户空间中。 仅当存在争用或需要保留更多虚拟内存时， malloc才会进入内核。

话虽如此，自旋锁是否是同步的正确选择是一个更广泛的问题，它取决于系统调用之外的更多因素。 正如在这个问题中所解释的，当竞争状态非常短时，它在真正的 SMP 情况下很有用。 大多数性能优势来自上下文切换和调度的节省。

一些互斥体实现（例如 Windows 临界区）是混合的：它们会先自旋一段时间，并且仅在该委托给基于系统调用的锁之后。