为什么SpinLock的实现中应该加上PAUSE指令？

当spinlock执行lock()获得锁失败后会进行busy loop（参考这段代码），不断检测锁状态，尝试获得锁。这么做有一个缺陷：频繁的检测会让流水线上充满了读操作。另外一个线程往流水线上丢入一个锁变量写操作的时候，必须对流水线进行重排，因为CPU必须保证所有读操作读到正确的值。流水线重排十分耗时，影响lock()的性能。

        inline int rdlock()        {          int ret = common::OB_SUCCESS;          int64_t tmp = 0;          while (true)          {            tmp = ref_cnt_;            if (0 > tmp || 0 < wait_write_)            {              // 写优先              continue;            }            else            {              int64_t nv = tmp + 1;              if (tmp == (int64_t)atomic_compare_exchange((uint64_t*)&ref_cnt_, nv, tmp))              {                break;              }            }          }          return ret;        };

为了解决这个问题，intel发明了pause指令。这个指令的本质功能：让加锁失败时cpu睡眠30个（about）clock，从而使得读操作的频率低很多。流水线重排的代价也会小很多。

参考这位同学的博客，讲得很好很清晰：

http://kb.cnblogs.com/page/105657/

　　4， Pause指令解释（from intel）：

　　Description

　　Improves the performance of spin-wait loops. When executing a “spin-wait loop,” a Pentium 4 or Intel Xeon processor suffers a severe performance penalty when exiting the loop because it detects a possible memory order violation. The PAUSE instruction provides a hint to the processor that the code sequence is a spin-wait loop. The processor uses this hint to avoid the memory order violation in most situations, which greatly improves processor performance. For this reason, it is recommended that a PAUSE instruction be placed in all spin-wait loops.

　　提升spin-wait-loop的性能，当执行spin-wait循环的时候，笨死和小强处理器会因为在退出循环的时候检测到memory order violation而导致严重的性能损失，pause指令就相当于提示处理器哥目前处于spin-wait中。在绝大多数情况下，处理器根据这个提示来避免violation，藉此大幅提高性能，由于这个原因，我们建议在spin-wait中加上一个pause指令。

　　名词解释(以下为本人猜想)：memory order violation，直译为-内存访问顺序冲突，当处理器在(out of order)乱序执行的流水线上去内存load某个内存地址的值(此处是lock)的时候，发现这个值正在被store，而且store本身就在load之前，对于处理器来说，这就是一个hazard，流水流不起来。

　　在本文中，具体是指当一个获得锁的工作线程W从临界区退出，在调用unlock释放锁的时候，有若干个等待线程S都在自旋检测锁是否可用，此时W线程会产生一个store指令，若干个S线程会产生很多load指令，在store之后的load指令要等待store在流水线上执行完毕才能执行，由于处理器是乱序执行，在没有store指令之前，处理器对多个没有依赖的load是可以随机乱序执行的，当有了store指令之后，需要reorder重新排序执行，此时会严重影响处理器性能，按照intel的说法，会带来25倍的性能损失。Pause指令的作用就是减少并行load的数量，从而减少reorder时所耗时间。

晓楚(17:40:19):

这篇文章很好，基本解释清楚了spin_lock中为什么要加pause。中文的，大家都看得懂。
http://kb.cnblogs.com/page/105657/

黄 (17:49:28):

对失败的加锁行为进行惩罚(failure penalty)，让等待时间和失败次数成正比，即失败次数越多等待时间越长、执行的pause指令越多。

这个我们也可以用吗？

到底最大pause次数是多少需要试验来支撑，目前是4次；个人感觉pause的处理器实现粒度还是比较粗的，应该是intel的一个经验值，接下来的试验可以用nop来代替pause，这样得出来的数据应该会更为平滑一些，控制也更为细腻。

nop是什么指令？

晓楚(17:51:21):

我觉得没必要，这个做法太复杂了。用pause就足够了。

nop是让cpu 空转1个clock的指令。什么都不做。

黄 (17:51:59):

其实可以测试。

临界区大小，我们一般是多少代码？

元 (17:59:29):

看他的实验结果，提升并不明显，5%的样子，还是在冲突特别大的情况下，好像不值得。

要优化spin lock，主要还是避免大量的线程在同一个cache line里spin。我以前测过，要是以浪费内存为代价，可以很轻松提升40%的样子。同样的思路去优化spin_rwlock的读锁（以降低写锁性能为代价)，让不同的读者修改自己线程局部的引用计数，读锁性能可以提升几倍。不过现在性能还不在这里。

颜 (18:02:28):

恩，支持。现在性能还不在这里。我们保持关注，先从收益大的地方入手。