Linux死锁问题：认识自旋锁spin lock的秘密世界

闲谈

2023-10-03 04:20:49

自旋锁：Linux 内核的资源守护者

在多处理器系统中，协调对共享资源的访问至关重要，以防止死锁和数据损坏。Linux 内核依赖于自旋锁，这是一种高效的互斥访问机制，可确保一次只有一个线程访问共享资源。

自旋锁的工作原理

自旋锁基于原子操作指令，如 compare-and-swap (CAS)。当一个线程尝试获取自旋锁时，它会使用 CAS 指令尝试将锁的状态从解锁修改为加锁。如果成功，线程获取了锁并继续访问资源。

如果 CAS 指令失败，表明锁已被其他线程持有。线程会陷入自旋状态，不断轮询锁的状态，直到它变为解锁状态。自旋等待可以避免任务切换开销，提高锁的性能。

自旋锁的优点

高效： 自旋锁利用原子操作指令，具有很高的执行效率，非常适合保护性能敏感的共享资源。
可扩展性： 自旋锁可以在多处理器环境中很好地扩展，因为它不会导致线程阻塞，从而避免死锁。
简单性： 自旋锁的实现相对简单，易于理解和维护。

自旋锁的缺点

等待时间长： 如果自旋等待时间过长，可能会导致线程大量消耗 CPU 资源，从而降低系统性能。
死锁风险： 如果多个线程同时尝试获取同一把自旋锁，可能会导致死锁。

如何利用自旋锁让 Ubuntu 死锁

要利用自旋锁造成死锁，可以创建一个场景，其中两个线程分别尝试获取两个自旋锁，但获取的顺序不同。这会导致线程相互等待，形成死锁。

int main() {
  // 创建两个自旋锁
  spinlock_t lock1, lock2;
  spin_lock_init(&lock1);
  spin_lock_init(&lock2);

  // 创建两个线程
  pthread_t thread1, thread2;

  // 线程1先获取锁1，然后试图获取锁2
  pthread_create(&thread1, NULL, [](void *arg) {
    spin_lock(&lock1);
    // 线程1自旋等待锁2
    spin_lock(&lock2);
    // 释放锁1和锁2
    spin_unlock(&lock1);
    spin_unlock(&lock2);
    return NULL;
  }, NULL);

  // 线程2先获取锁2，然后试图获取锁1
  pthread_create(&thread2, NULL, [](void *arg) {
    spin_lock(&lock2);
    // 线程2自旋等待锁1
    spin_lock(&lock1);
    // 释放锁1和锁2
    spin_unlock(&lock1);
    spin_unlock(&lock2);
    return NULL;
  }, NULL);

  // 等待两个线程结束
  pthread_join(thread1, NULL);
  pthread_join(thread2, NULL);

  return 0;
}