[Concurrency] spinlock

spinlock은 락을 거는 동기화 기법 중 하나다.

구조와 원리

원리는 간단하다. 그냥 점유가 끝날때까지 루프를 돌면서 대기하고, 점유가 끝나면 루프를 종료하고 크리티컬 섹션에 진입하는 것이다.

뺑글뺑글 돌면서 lock을 건다고 해서 spin lock이다.
mutex와 가장 다른 점은, OS 기능의 의존 없이 순수한 소프트웨어 구현이라는 것이다.

mutex가 os 수준의 기능을 활용해서 락 획득 실패시엔 스레드를 "절전 모드"로 바꾸고 cpu 자원을 놓지만, spinlock은 계속 루프가 돌기 때문에 리소스 낭비가 발생할 수 있다.

https://velog.io/@soopsaram/Kernel-Mutex%EC%99%80-Spinlock-%EC%9D%B4%ED%95%B4%ED%95%98%EA%B8%B0
하지만 lock 대기가 빠르게 끝날 수 있는게 보장되는 상황이라면 스핀락이 더 유효할 수 있다.
mutex에서 스레드를 "절전 모드"로 바꾸고 다시 깨우는 동작은 생각보다 비싼 연산이기 때문이다.

일반적으로 spinlock은 test and set이나 compare and swap loop를 통해 구현되는 것이 보통이다.
https://blog.naver.com/sssang97/223131630420

그리고 사실, futex 원리에 기반한 Mutex 구현은 스핀락 기능을 내재하고 있다.
그래서 근래 들어서는 spinlock을 써야만 하는 당위성이 적은 편이다.

queued spinlock

경쟁이 매우 심한 경우에 적합한 스핀락의 변형 중 하나다. 경쟁이 심하지 않다면 일반 스핀락이 더 가볍고 빠르다.

대표적으로 리눅스 커널이 이 방법을 통해 락을 구현한다.

단순한 스핀락의 구현에는 꽤 큰 단점이 존재하는데, 우선순위의 부여가 되지 않는다는 것이다.

그래서 C 스레드에서 lock을 들고있는 상태에서 A 스레드가 먼저 lock을 시도하고 B 스레드가 5분 뒤에 lock을 시도하더라도, B 스레드가 먼저 lock을 얻는 불공평한 상황이 일어날 수 있다.

queued spinlock은 큐를 도입함으로 이 문제를 해결한다.

방법론은 단순하다.
lock을 시도했을때, 얻을 수 없으면 queue에 해당 스레드를 순서대로 등록한다.

그리고 lock이 풀렸을때 들어온 순서대로 스레드에게 lock을 부여해주는 것이다.

그뿐이다.

참조
https://stackoverflow.com/questions/5869825/when-should-one-use-a-spinlock-instead-of-mutex
https://junsoolee.gitbook.io/linux-insides-ko/summary/syncprim/linux-sync-2
https://learn.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/kernel/queued-spin-locks