專利名稱：一種數(shù)據(jù)庫中自旋鎖的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)庫技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到并發(fā)控制過程中對(duì)自旋鎖的改進(jìn)實(shí)現(xiàn) 方法。
背景技術(shù)：
在基于鎖的事務(wù)并發(fā)控制技術(shù)中，數(shù)據(jù)庫經(jīng)常使用自旋鎖來保護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及在其 上的操作。自旋鎖開銷極小，但是自旋鎖只能保護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的輕量訪問，在自旋鎖保護(hù)期 間，不能有系統(tǒng)調(diào)用或系統(tǒng)中斷，保護(hù)的時(shí)間非常短，一般只為幾十個(gè)處理器周期。因?yàn)樽?旋鎖原理簡(jiǎn)單，死鎖的解決方法也很簡(jiǎn)單，通常采用固定時(shí)長(zhǎng)的計(jì)時(shí)器對(duì)任務(wù)計(jì)時(shí)，一旦任 務(wù)的計(jì)時(shí)時(shí)間到，緊接著的后續(xù)任務(wù)將直接自動(dòng)解鎖。正是因?yàn)檫@個(gè)原理，當(dāng)存在多個(gè)任務(wù) 競(jìng)爭(zhēng)某一個(gè)自旋鎖時(shí)，如果鎖超時(shí)，則多個(gè)任務(wù)將同時(shí)認(rèn)為鎖超時(shí)，并各自對(duì)該自旋鎖進(jìn)行 解鎖并試圖加鎖，導(dǎo)致多個(gè)任務(wù)對(duì)同一個(gè)自旋鎖加鎖從而出現(xiàn)死鎖的情況。由于存在該問 題，導(dǎo)致自旋鎖無法適應(yīng)更加復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景。

發(fā)明內(nèi)容
為了擴(kuò)展自旋鎖的適用范圍，允許任務(wù)在持鎖期間進(jìn)行較復(fù)雜、執(zhí)行時(shí)間較為彈 性的操作，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的自旋鎖加鎖和死鎖判決方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種數(shù)據(jù)庫中自旋鎖的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，在共享內(nèi)存中存儲(chǔ)兩個(gè)全局變量，一個(gè) 是自旋鎖變量，另一個(gè)是ID變量，即用于產(chǎn)生ID值的變量，所有要使用此自旋鎖的線程均 要訪問這兩個(gè)變量，系統(tǒng)初始化時(shí)兩個(gè)變量被初始化為0。在加鎖操作時(shí)，按如下步驟
步驟101，用原子操作讀取ID變量中的值并將其值加1 ；
步驟102，將第101步中獲取的ID值與加鎖后的狀態(tài)值合成一個(gè)自旋鎖變量值N，合成 方法是低位存儲(chǔ)鎖變量狀態(tài)，高位存儲(chǔ)ID值；
步驟103，以原子操作訪問自旋鎖變量，嘗試加鎖操作；
步驟104，若自旋鎖狀態(tài)為未占用，則加鎖成功，將步驟102合成的鎖變量值以原子操 作存入自旋鎖變量，對(duì)自旋鎖變量的訪問和將值存于自旋鎖變量是原子的；
步驟105，若自旋鎖狀態(tài)為已占用，加鎖不成功則進(jìn)入死鎖判決流程，如果未出現(xiàn)死鎖， 則處理器自旋等待，轉(zhuǎn)入步驟103進(jìn)行加鎖嘗試；如果判斷出現(xiàn)死鎖；則轉(zhuǎn)入步驟106解自 旋鎖，并重新轉(zhuǎn)入步驟103。當(dāng)加鎖過程中需要判定是否發(fā)生死鎖時(shí)，按如下步驟
步驟201，將自旋鎖變量的高位ID值存儲(chǔ)于線程的一個(gè)臨時(shí)變量中，記為L(zhǎng)hold ； 步驟202，將分配給此線程的ID值與自旋鎖變量已加鎖狀態(tài)值合成一個(gè)新自旋鎖變量 值N ；合成方法如下新值N低位存儲(chǔ)鎖變量狀態(tài)，高位存儲(chǔ)ID值； 步驟203，原子操作探測(cè)自旋鎖變量狀態(tài)值，判斷是否可以加鎖；步驟204，如果自旋鎖可以加鎖，則將值N存于自旋鎖變量，其中對(duì)自旋鎖變量的探測(cè) 和存儲(chǔ)是原子的，自旋鎖加鎖成功并返回；
步驟205，如果自旋鎖不能被加鎖，處理器空轉(zhuǎn)一次；對(duì)空轉(zhuǎn)次數(shù)累加計(jì)數(shù)； 步驟206，如果空轉(zhuǎn)次數(shù)不超過設(shè)定閾值，則轉(zhuǎn)入步驟203 ；否則轉(zhuǎn)入步驟207 ； 步驟207，對(duì)休眠次數(shù)累計(jì)加1，判斷休眠次數(shù)是否超過設(shè)定閾值，如果超過設(shè)定閾值 則轉(zhuǎn)入步驟208 ；否則轉(zhuǎn)入步驟211 ；
步驟208，將LHold與自旋鎖加鎖后狀態(tài)值合成一個(gè)新自旋鎖變量值Y，合成方法如下 Y的低位存儲(chǔ)加鎖后狀態(tài)值，高位存儲(chǔ)LHold值；
步驟209，原子操作比較自旋鎖變量值與Y值是否相等，如果相等，則判定自旋鎖死鎖， 并將自旋鎖解鎖，其中判定鎖變量值與Y值相等的操作與自旋鎖解鎖的操作是原子的；
步驟210，重新獲取自旋鎖變量的高位ID值，存儲(chǔ)于LhW，并將休眠計(jì)數(shù)清零，線程休 眠一段隨機(jī)時(shí)間，轉(zhuǎn)入步驟211 ；
步驟211，線程休眠一次，休眠一段隨機(jī)時(shí)間，隨機(jī)時(shí)間在1毫秒到1秒之間，并將空轉(zhuǎn) 次數(shù)計(jì)數(shù)清零。本發(fā)明采用將自旋鎖變量以比特為單位分為兩部分，高位和低位。自旋鎖變量的 高位bit中存儲(chǔ)一個(gè)標(biāo)識(shí)值，記為ID。ID為一個(gè)整數(shù)，用來映射加鎖的線程。當(dāng)自旋鎖加 鎖不成功并且等鎖超時(shí)的時(shí)候，通過獲取自旋鎖變量高位ID，來判斷在超時(shí)前后是否是同 一個(gè)ID值存儲(chǔ)在自旋鎖變量里，如果是同一個(gè)ID，則認(rèn)為此ID對(duì)應(yīng)的線程已經(jīng)異常退出， 發(fā)生了死鎖，則對(duì)自旋鎖進(jìn)行解鎖操作。自旋鎖變量高位與低位的分配方式如下選取低位的Ibit來標(biāo)識(shí)自旋鎖的狀態(tài)； 在剩余的bit中選擇若干位存儲(chǔ)ID。ID的分配方法如下設(shè)計(jì)一個(gè)無符號(hào)全局共享變量， 取值范圍與ID的范圍相同，加鎖線程請(qǐng)求自旋鎖前先使用原子操作對(duì)此變量做累計(jì)加1操 作，返回變量的值即為此線程要使用的ID值。由于變量累計(jì)加1操作，時(shí)間上相近的線程 不會(huì)獲取相同的ID，保證了 ID與線程的一一映射關(guān)系。本發(fā)明的有益效果是通過擴(kuò)展自旋鎖的存儲(chǔ)空間，不僅存儲(chǔ)自旋鎖狀態(tài)，并且保 存最后加鎖成功的任務(wù)標(biāo)識(shí)符，從而避免出現(xiàn)上述多個(gè)任務(wù)競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)自旋鎖時(shí)可能出現(xiàn) 的死鎖情況。此外，改進(jìn)加鎖流程及死鎖判決流程，使自旋鎖能夠保護(hù)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上一段較 長(zhǎng)時(shí)間的操作，并能處理期間加鎖線程的異常結(jié)束導(dǎo)致的死鎖問題。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明。圖1為自旋鎖加鎖流程。圖2為自旋鎖死鎖判決流程。
具體實(shí)施例方式在共享內(nèi)存中存儲(chǔ)兩個(gè)全局變量，一個(gè)是自旋鎖變量，另一個(gè)是用于產(chǎn)生ID值的 變量，我們稱其為ID變量。所有要使用此自旋鎖的線程均要訪問這兩個(gè)變量，系統(tǒng)初始化 時(shí)兩個(gè)變量被初始化為0。自旋鎖加鎖步驟如下步驟101，線程從ID變量中獲取ID值。ID值產(chǎn)生方法如下用原子操作讀取ID變量 中的值并將其值加1。由于讀值操作與加1操作是原子的，因此多線程相近時(shí)間內(nèi)訪問此 ID變量時(shí)，不會(huì)獲取相同的ID值。步驟102，將第101步中獲取的ID值與加鎖后的狀態(tài)值合成一個(gè)自旋鎖變量值當(dāng) 加鎖過程中需要判定是否發(fā)生死鎖時(shí)，按如下步驟
步驟103，以原子操作訪問自旋鎖變量，嘗試加鎖操作。步驟104，若自旋鎖狀態(tài)為未占用，則加鎖成功，將步驟102合成的鎖變量值以原 子操作存入自旋鎖變量，對(duì)自旋鎖變量的訪問和將值存于自旋鎖變量是原子的；
步驟105，若自旋鎖狀態(tài)為已占用，加鎖不成功則進(jìn)入死鎖判決流程。如果未出現(xiàn)死鎖， 則處理器自旋等待，轉(zhuǎn)入步驟103進(jìn)行加鎖嘗試；如果判斷出現(xiàn)死鎖；則轉(zhuǎn)入步驟106解自 旋鎖，并重新轉(zhuǎn)入步驟103。死鎖判決步驟如下
步驟201，將自旋鎖變量的高位ID值存儲(chǔ)于線程的一個(gè)臨時(shí)變量中，記為L(zhǎng)hold ； 步驟202，將分配給此線程的ID值與自旋鎖變量已加鎖狀態(tài)值合成一個(gè)新自旋鎖變量 值N ；合成方法如下新值N低位存儲(chǔ)鎖變量狀態(tài)，高位存儲(chǔ)ID值； 步驟203，原子操作探測(cè)自旋鎖變量狀態(tài)值，判斷是否可以加鎖； 步驟204，如果自旋鎖可以加鎖，則將值N存于自旋鎖變量，其中對(duì)自旋鎖變量的探測(cè) 和存儲(chǔ)是原子的，自旋鎖加鎖成功并返回；
步驟205，如果自旋鎖不能被加鎖，處理器空轉(zhuǎn)一次；對(duì)空轉(zhuǎn)次數(shù)累加計(jì)數(shù)； 步驟206，如果空轉(zhuǎn)次數(shù)不超過設(shè)定閾值，則轉(zhuǎn)入步驟203 ；否則轉(zhuǎn)入步驟207 ； 步驟207，對(duì)休眠次數(shù)累計(jì)加1，判斷休眠次數(shù)是否超過設(shè)定閾值，如果超過設(shè)定閾值 則轉(zhuǎn)入步驟208 ；否則轉(zhuǎn)入步驟211 ；
步驟208，將LHold與自旋鎖加鎖后狀態(tài)值合成一個(gè)新自旋鎖變量值Y，合成方法如下 Y的低位存儲(chǔ)加鎖后狀態(tài)值，高位存儲(chǔ)LHold值；
步驟209，原子操作比較自旋鎖變量值與Y值是否相等，如果相等，則判定自旋鎖死鎖， 并將自旋鎖解鎖，其中判定鎖變量值與Y值相等的操作與自旋鎖解鎖的操作是原子的；
步驟210，重新獲取自旋鎖變量的高位ID值，存儲(chǔ)于LhW，并將休眠計(jì)數(shù)清零，線程休 眠一段隨機(jī)時(shí)間，轉(zhuǎn)入步驟211 ；
步驟211，線程休眠一次，休眠一段隨機(jī)時(shí)間，隨機(jī)時(shí)間在1毫秒到1秒之間，并將空轉(zhuǎn) 次數(shù)計(jì)數(shù)清零。合成方法是低位存儲(chǔ)鎖變量狀態(tài)，高位存儲(chǔ)ID值。最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式
僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì) 本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)庫中自旋鎖的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，在共享內(nèi)存中存儲(chǔ)兩個(gè)全局變量，一 個(gè)是自旋鎖變量，另一個(gè)是ID變量，系統(tǒng)初始化時(shí)兩個(gè)變量被初始化為0 ；在加鎖操作時(shí)，按如下步驟步驟101，用原子操作讀取ID變量中的值并將其值加1 ；步驟102，將第101步中獲取的ID值與加鎖后的狀態(tài)值合成一個(gè)自旋鎖變量值N，合成 方法是低位存儲(chǔ)鎖變量狀態(tài)，高位存儲(chǔ)ID值；步驟103，以原子操作訪問自旋鎖變量，嘗試加鎖操作；步驟104，若自旋鎖狀態(tài)為未占用，則加鎖成功，將步驟102合成的鎖變量值以原子操 作存入自旋鎖變量，對(duì)自旋鎖變量的訪問和將值存于自旋鎖變量是原子的；步驟105，若自旋鎖狀態(tài)為已占用，加鎖不成功則進(jìn)入死鎖判決流程，如果未出現(xiàn)死鎖， 則處理器自旋等待，轉(zhuǎn)入步驟103進(jìn)行加鎖嘗試；如果判斷出現(xiàn)死鎖；則轉(zhuǎn)入步驟106解自 旋鎖，并重新轉(zhuǎn)入步驟103。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)據(jù)庫中自旋鎖的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，當(dāng)加鎖過程 中需要判定是否發(fā)生死鎖時(shí)，按如下步驟步驟201，將自旋鎖變量的高位ID值存儲(chǔ)于線程的一個(gè)臨時(shí)變量中，記為L(zhǎng)hold ； 步驟202，將分配給此線程的ID值與自旋鎖變量已加鎖狀態(tài)值合成一個(gè)新自旋鎖變量 值N ；合成方法如下新值N低位存儲(chǔ)鎖變量狀態(tài)，高位存儲(chǔ)ID值； 步驟203，原子操作探測(cè)自旋鎖變量狀態(tài)值，判斷是否可以加鎖； 步驟204，如果自旋鎖可以加鎖，則將值N存于自旋鎖變量，其中對(duì)自旋鎖變量的探測(cè) 和存儲(chǔ)是原子的，自旋鎖加鎖成功并返回；步驟205，如果自旋鎖不能被加鎖，處理器空轉(zhuǎn)一次；對(duì)空轉(zhuǎn)次數(shù)累加計(jì)數(shù)； 步驟206，如果空轉(zhuǎn)次數(shù)不超過設(shè)定閾值，則轉(zhuǎn)入步驟203 ；否則轉(zhuǎn)入步驟207 ； 步驟207，對(duì)休眠次數(shù)累計(jì)加1，判斷休眠次數(shù)是否超過設(shè)定閾值，如果超過設(shè)定閾值 則轉(zhuǎn)入步驟208 ；否則轉(zhuǎn)入步驟211 ；步驟208，將LHold與自旋鎖加鎖后狀態(tài)值合成一個(gè)新自旋鎖變量值Y，合成方法如下 Y的低位存儲(chǔ)加鎖后狀態(tài)值，高位存儲(chǔ)LHold值；步驟209，原子操作比較自旋鎖變量值與Y值是否相等，如果相等，則判定自旋鎖死鎖， 并將自旋鎖解鎖，其中判定鎖變量值與Y值相等的操作與自旋鎖解鎖的操作是原子的；步驟210，重新獲取自旋鎖變量的高位ID值，存儲(chǔ)于LhW，并將休眠計(jì)數(shù)清零，線程休 眠一段隨機(jī)時(shí)間，轉(zhuǎn)入步驟211 ；步驟211，線程休眠一次，休眠一段隨機(jī)時(shí)間，隨機(jī)時(shí)間在1毫秒到1秒之間，并將空轉(zhuǎn) 次數(shù)計(jì)數(shù)清零。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)據(jù)庫中自旋鎖的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，一種數(shù)據(jù)庫中自旋鎖的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，在共享內(nèi)存中存儲(chǔ)兩個(gè)全局變量，一個(gè)是自旋鎖變量，另一個(gè)是ID變量，系統(tǒng)初始化時(shí)兩個(gè)變量被初始化為0；采用自旋鎖變量高位存儲(chǔ)值來記憶當(dāng)前已持自旋鎖線程，并根據(jù)該存儲(chǔ)值在持鎖線程異常退出導(dǎo)致死鎖時(shí)，實(shí)現(xiàn)自旋鎖自動(dòng)解鎖。本發(fā)明避免出現(xiàn)上述多個(gè)任務(wù)競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)自旋鎖時(shí)可能出現(xiàn)的死鎖情況，并通過改進(jìn)加鎖流程及死鎖判決流程，使自旋鎖能夠保護(hù)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上一段較長(zhǎng)時(shí)間的操作，并能處理期間加鎖線程的異常結(jié)束導(dǎo)致的死鎖問題。
文檔編號(hào)G06F9/46GK102129391SQ20111006057
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者劉維, 王非, 鄧?yán)? 黃本雄 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)