一 semaphore機制
古老的信號量機制，80年代初，從System V體系中產生，稱為System v信號量。90年代，Posix標準確立，其中的信號量稱為posix信號量。當前linux系統支持這兩種信號量（man semget/ man sem_post)。System v信號量為有名信號量，可以用于多進程間的互斥同步。posix信號量分有名和無名兩種，當前linux只支持無名信號量，可以用于多線程之間的互斥同步，通過共享內存也可以用于多進程之間。
信號量屬于內核級別的互斥同步機制，相關調用總是陷入內核態，屬于功能強大/重量級的實現。
二 spinlock機制
多核SMP的cpu流行后，出現的新的互斥同步機制。spinlock實現原理為用戶態循環嘗試機制，不陷入內核態進行線程切換。spinlock的原子性通過CAS(CompareAndSwap)原語實現。使用spinlock時，應該保證保護區間內代碼執行迅速，不應該存在io等耗時操作。
多核系統下，針對可快速執行的保護區使用用戶態循環嘗試機制，可以保證執行線程不需要引起上下文切換即可快速執行通過，這種機制也被形象的稱為lock-free機制。我們可以這樣理解：lock-free機制即為循環嘗試，spinlock是它的具體實現。
spinlock的實現有多種，常見的有pthread_spin_lock，該spinlock無限制循環嘗試，在多核環境下并且保護區代碼執行迅速時，執行線程很快可以拿到鎖，但當單核環境或者保護區代碼執行慢速時，則會耗盡該線程擁有的時間片之后交出cpu，造成cpu的浪費。另一常見的spinlock是boost智能指針中的實現，進行3次無間斷的循環CAS原語判斷，之后若再次失敗，則調用sleep族函數，交出cpu執行權，待再次分配到cpu時間片后繼續進行CAS原語判斷操作。
三 mutex機制
mutex屬于os之上的再次封裝實現。在linux2.6內核上，線程庫為nptl，其中的mutex基于futex機制實現，它的實現原理，簡單說就是spinlock+semaphore，首先使用spinlock嘗試，可以拿到鎖則直接向下執行，拿不到鎖則執行semaphore機制，陷入內核態，進入線程切換。
在多核環境下，當mutex保護的代碼段內無io操作，執行很快時，大多數情況下通過spinlock都可拿到鎖，不需要陷入內核態。
四 為智能指針正名(boost)
智能指針的引用計數僅僅為一個整型變量的增減，屬于執行迅速的典型，使用spinlock機制保護，最新boost版本中僅僅是spinlock，而非mutex。從性能角度說，使用智能指針的現象是cpu略微上升（循環嘗試導致），而并發量/單個請求的響應時間并無明顯影響。proactor機制實現的網絡層，智能指針基本無法繞過，刻意避免帶來的只能是丑陋的代碼和維護量的上升。但線程之間盡量避免傳遞指針（智能指針），通過傳遞id等代替。
智能指針有它使用的場景，不能濫用，也不能刻意避免。
from:
http://www.shnenglu.com/CppExplore/archive/2010/08/28/125067.html
posted on 2010-08-30 12:10
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