nginx的accept互斥锁

http://blog.csdn.net/xiajun07061225/article/details/9222553

http://blog.csdn.net/yankai0219/article/details/8453317

强烈推荐的文章是nginx中锁的设计以及惊群的处理，本文只是对文章中的内容进行了部分总结和部分解释。

Nginx之所以要采用Accept互斥锁就是为了避免惊群现象。
所谓惊群现象：指一个fd的事件被触发后，等候这个fd的所有线程/进程都被唤醒。虽然都被唤醒，但是只有一个会去响应。

Nginx使用的锁分为两种情况：1）一种是支持原子操作的情况，由NGX_HAVE_ATOMIC_OPS这个宏来进行控制的。2）一种是不支持原子操作的情况，使用文件锁来实现。

用户空间进程间锁的实现的原理很简单，就是弄出一个让所有进程共享的东西，比如mmap的内容或文件，然后通过这个东西来控制进程的互斥。

自旋锁简介

Nginx框架使用了三种消息传递方式：共享内存、套接字、信号。

Nginx主要使用了三种同步方式：原子操作、信号量、文件锁。

基于原子操作，nginx实现了一个自旋锁。自旋锁是一种非睡眠锁。如果某进程视图获得自旋锁，当发现锁已经被其他进程获得时，那么不会使得当前进程进入睡眠状态，而是始终保持进程在可执行状态，每当内核调度到这个进程执行时就持续检查是否可以获取到所锁。

自旋锁的应用场景

自旋锁主要是为多处理器操作系统而设置的，他要解决的共享资源保护场景就是进程使用锁的时间非常短（如果锁的使用时间很久，自旋锁不合适，因为会占用大量的CPU资源）。

大部分情况下Nginx的worker进程最好都不要进入睡眠状态，因为它非常繁忙，在这个进程的epoll上可能有十万甚至百万的TCP连接等待着处理，进程一旦睡眠后必须等待其他事件的唤醒，这中间及其频繁的进程间切换带来的负载消耗可能无法让用户接受。

自旋锁源码分析

下面通过源代码看自旋锁的具体实现（Nginx_spinlock.c，Nginx1.4.1版本）：

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1. /* 
2.  * Copyright (C) Igor Sysoev 
3.  * Copyright (C) Nginx, Inc. 
4.  */  
5.   
6.   
7. #include <ngx_config.h>  
8. #include <ngx_core.h>  
9.   
10. //函数：基于原子操作的自旋锁方法ngx_spinlock的实现  
11. //参数解释：  
12. //lock：原子变量表达的锁  
13. //value：标志位，锁是否被某一进程占用  
14. //spin：在多处理器系统内，当ngx_spinlock方法没有拿到锁时，当前进程在内核的一次调度中该方法等待其他处理器释放锁的时间  
15. void  
16. ngx_spinlock(ngx_atomic_t *lock, ngx_atomic_int_t value, ngx_uint_t spin)  
17. {  
18.   
19. #if (NGX_HAVE_ATOMIC_OPS)//支持原子操作  
20.   
21.     ngx_uint_t  i, n;  
22.   
23.     //一直处于循环中，直到获取到锁  
24.     for ( ;; ) {  
25.   
26.         //lock为0表示没有其他进程持有锁，这时将lock值设置为value参数表示当前进程持有了锁  
27.         if (*lock == 0 && ngx_atomic_cmp_set(lock, 0, value)) {  
28.             return;  
29.         }  
30.   
31.         //如果是多处理器系统  
32.         if (ngx_ncpu > 1) {  
33.             for (n = 1; n < spin; n <<= 1) {  
34.                 //随着等待的次数越来越多，实际去检查锁的间隔时间越来越大  
35.                 for (i = 0; i < n; i++) {  
36.                     ngx_cpu_pause();//告诉CPU现在处于自旋锁等待状态  
37.                 }  
38.   
39.                 //检查锁是否被释放  
40.                 if (*lock == 0 && ngx_atomic_cmp_set(lock, 0, value)) {  
41.                     return;  
42.                 }  
43.             }  
44.         }  
45.   
46.         //当前进程让出处理器，但仍然处于可执行状态  
47.         ngx_sched_yield();  
48.     }  
49.   
50. #else  
51.   
52. #if (NGX_THREADS)  
53.   
54. #error ngx_spinlock() or ngx_atomic_cmp_set() are not defined !  
55.   
56. #endif  
57.   
58. #endif  
59.   
60. }  

上面的代码需要注意的是：在多处理器下，当发现锁被其他进程占用时，当前进程并不是立刻让出正在使用的CPU处理器，而是等待一段时间，看看其他处理器上的进程是否会释放锁，这会减少进程间切换的次数。

函数ngx_cpu_pause()：是虚度哦架构体系中专门为了自旋锁而提供的指令，它会告诉CPU现在处于自旋锁等待状态，通常一个CPU会将自己置于节能状态，降低功耗。但是当前进程并没有让出正在使用的处理器。

函数 ngx_sched_yield()：当前进程仍仍然处于可执行状态，但暂时让出处理器，使得处理器优先调度其他可执行状态的进程，这样，在进程被内核再次调度时，在for循环代码中可以期望其他进程释放锁。