pthread_spinlock 是否会导致从用户空间切换到内核空间答案

【问题标题】：Does pthread_spinlock cause switch from user space to kernel spacepthread_spinlock 是否会导致从用户空间切换到内核空间
【发布时间】：2020-01-15 10:40:43
【问题描述】：

我知道有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或者它会留在用户空间中？

此外，关于 C++11 中 std::atomic 的相同问题：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？

【问题讨论】：

为什么需要知道？
@user253751 嗯，我想知道mutex、spinlock和atomic的性能。

标签： c++ linux locking mutex atomic

【解决方案1】：

这取决于实现，pthread_spin_lock 没有官方保证会保留在用户空间中。在具有 CAS 指令的系统（即大多数商品 SMP 系统）上的实践中，通常会出现这种情况。

这里是x86、x86-64、ia64、sparc32、sparc64、PPC、SH4 和 general case 的 glibc 实现链接，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，特别是当std::atomic<T>::is_lock_free() 返回true 时，它将在原子指令的帮助下在用户空间实现.

还要注意，在现代 Linux 中，pthread_mutex_lock 是使用 futex 实现的，即“用户空间互斥锁”，在非竞争情况下它仍保留在用户空间中。 malloc 只有在发生争用或需要保留更多虚拟内存时才会进入内核。

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，它取决于系统调用的更多因素。正如this question 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。大部分性能优势来自于上下文切换和调度的节省。

一些互斥锁实现（例如 Windows 临界区）是混合的：它们会先旋转一段时间，然后再委托给基于系统调用的锁。

【讨论】：

很好的解释。还有一个小问题：我能说 CAS 指令必须在内核空间吗？
不，不需要，CAS指令只是一条CPU指令，它在用户空间和内核空间的工作方式相同。