简单介绍SQL Server中的自旋锁

为什么我们需要自旋锁?
用闩锁同步多个线程间数据结构访问,在每个共享数据结构前都放置一个闩锁没有意义的。闩锁与此紧密关联:当你不能获得闩锁(因为其他人已经有一个不兼容的闩锁拿到),查询就会强制等待,并进入挂起(SUSPENDED)状态。查询在挂起状态等待直到可以拿到闩锁,然后就会进入可执行(RUNNABLE)状态。对于查询执行只要没有可用的CPU,查询就一直在可执行(RUNNABLE)状态。一旦CPU有空闲,查询会进入运行(RUNNING)状态,最后成功获取到闩锁,用它来保护访问的共享数据结构。下图展示了SQLOS对协调线程调度实现的状态机。

因为太多关联的闩锁,对“忙碌”数据结构使用闩锁保护没有意义。因此SQL Server实现所谓自旋锁(Spinlocks)。自旋锁就像一个闩锁,存储引擎使用的一个轻量级同步对象,用来同步对共享数据结构线程访问。和闩锁的主要区别是你积极等待自旋锁——不离开CPU。在自旋锁上的“等待”总会发生在运行(RUNNING)状态的CPU。在你闭合循环里旋转直到获得自旋锁。这就是所谓的忙碌等待(busy wait)。自旋锁的最大优点是当查询在自旋锁上等待时,不会涉及到上下文切换。另一方面忙碌等待浪费CPU周期,其他查询也许能对它们更有效的使用。

为了避免太多的CPU周期浪费,SQL Server 2008 R2及后续版本实现所谓的指数补偿机制(exponential backoff mechanism),那里在CPU上一些时间的休眠后,线程停止旋转。在线程进入休眠期间,增加了尝试获得自旋锁的超时。这个行为可以降低对CPU性能的影响。

(补充说明:Spinlock中文可以称为自旋锁。它是一个轻量级的,用户态的同步对象,和critical section类似,但是粒度比前者小多了。它主要用来保护某些特定的内存对象的多线程并发访问。Spinlock是排他性的。一次只能一个线程拥有。

Spinlock的设计目标是非常快和高效率。Spinlock内部如何工作呢?它首先试图获得某个对象的锁,如果目标被其它线程占有,就在那里轮询(spin)一定时间。如果还得不到锁,就sleep一小会,然后继续spin。反复这个过程直到得到对象的占有权。)

自旋锁与故障排除
对自旋锁故障排除的主要DMV是 sys.dm_os_spinlock_stats。这个DMV里返回的每一行都代表SQL Server里的一个自旋锁。SQL Server 2014实现了262个不同自旋锁。我们来详细看下这个DMV里的各个列:

name:自旋锁名称
collision:当尝试访问保护的数据结构时,被自旋锁阻塞的线程次数
spins:在循环里尝试获得自旋锁的自旋锁线程次数
spins_per_collision:旋转和碰撞之间的比率
sleep_time:因为退避线程休眠时间
backoffs:为了其他线程在CPU上继续,线程退避次数
在这个DMV里最重要的列是backoffs,对于特定的自旋锁类型,这列告诉你退避发生频率。高频率的退避会屈服于CPU消耗引起SQL Server里的自旋锁竞争(Spinlock Contention)。我就见过一个32核的SQL Server服务器,CPU运行在100%而不进行任何工作——典型的自旋锁竞争症状。

对自旋锁问题进行故障排除你可以使用扩展事件提供的sqlos.spinlock_backoff。当退避(backoff)发生时,就会触发这个扩展事件。如果你捕获了这个事件,你还要保证你使用非常好的选择性谓语,因为在SQL Server里退避会经常发生。一个好的谓语可以是特定的自旋锁类型,通过刚才提到的DMV你已经看到。下列代码给你展示了如何创建这样的扩展事件会话。

 -- Retrieve the type value for the LOCK_HASH spinlock.
 -- That value is used by the next XEvent session
 SELECT * FROM sys.dm_xe_map_values
 WHERE name = 'spinlock_types'
 AND map_value = 'LOCK_HASH'
 GO

 -- Tracks the spinlock_backoff event
 CREATE EVENT SESSION SpinlockContention ON SERVER
 ADD EVENT sqlos.spinlock_backoff
(
 ACTION
 (
  package0.callstack
 )
  WHERE
 (
  [type] = 129 -- <<< Value from the previous query
 )
)
ADD TARGET package0.histogram
 (
  SET source = 'package0.callstack', source_type = 1
 )
 GO

从代码里可以看到,这里我在调用堆栈(callstack)上使用了直方图(histogram)目标来bucktize。因此对于特定的自旋锁,你可以可能到SQL Serve里生成的最高退避(backoffs)代码路径。你甚至可以通过启用3656跟踪标记(trace flag)来标识调用堆栈。这里你可以看到来自这个扩展会话的输出:

sqldk.dll!XeSosPkg::spinlock_backoff::Publish+0x138
sqldk.dll!SpinlockBase::Sleep+0xc5
sqlmin.dll!Spinlock<129,7,1>::SpinToAcquireWithExponentialBackoff+0x169
sqlmin.dll!lck_lockInternal+0x841
sqlmin.dll!XactWorkspaceImp::GetSharedDBLockFromLockManager+0x18d
sqlmin.dll!XactWorkspaceImp::GetDBLockLocal+0x15b
sqlmin.dll!XactWorkspaceImp::GetDBLock+0x5a
sqlmin.dll!lockdb+0x4a sqlmin.dll!DBMgr::OpenDB+0x1ec
sqlmin.dll!sqlusedb+0xeb
sqllang.dll!usedb+0xb3
sqllang.dll!LoginUseDbHelper::UseByMDDatabaseId+0x93
sqllang.dll!LoginUseDbHelper::FDetermineSessionDb+0x3e1
sqllang.dll!FRedoLoginImpl+0xa1b
sqllang.dll!FRedoLogin+0x1c1
sqllang.dll!process_request+0x3ec
sqllang.dll!process_commands+0x4a3
sqldk.dll!SOS_Task::Param::Execute+0x21e
sqldk.dll!SOS_Scheduler::RunTask+0xa8
sqldk.dll!SOS_Scheduler::ProcessTasks+0x279
sqldk.dll!SchedulerManager::WorkerEntryPoint+0x24c
sqldk.dll!SystemThread::RunWorker+0x8f
sqldk.dll!SystemThreadDispatcher::ProcessWorker+0x3ab
sqldk.dll!SchedulerManager::ThreadEntryPoint+0x226

使用提供调用堆栈,不难找出自旋锁竞争发生的地方。在那个指定的笤俑堆栈里竞争发生在LOCK_HASH自旋锁类型里,它是保护锁管理器的哈希表。每次在锁管理器里加锁或解锁被执行时,自旋锁必须在对应的哈希桶里获得。如你所见,在调用堆栈里,当从XactWorkspacelmp类调用GetSharedDBLockFromLockManager函数时,自旋锁被获得。这表示当竞争到数据库时,共享数据库锁被尝试获取。最后在用很高的退避(backoffs)的LOCK_HASH自旋锁里,这屈服于自旋锁竞争。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助。

时间: 2015-07-25

C#多线程编程中的锁系统(四):自旋锁

目录 一:基础 二:自旋锁示例 三:SpinLock 四:继续SpinLock 五:总结 一:基础 内核锁:基于内核对象构造的锁机制,就是通常说的内核构造模式.用户模式构造和内核模式构造 优点:cpu利用最大化.它发现资源被锁住,请求就排队等候.线程切换到别处干活,直到接受到可用信号,线程再切回来继续处理请求. 缺点:托管代码->用户模式代码->内核代码损耗.线程上下文切换损耗. 在锁的时间比较短时,系统频繁忙于休眠.切换,是个很大的性能损耗. 自旋锁:原子操作+自循环.通常说的用户构造模式.

Java锁之自旋锁详解

锁作为并发共享数据,保证一致性的工具,在JAVA平台有多种实现(如 synchronized 和 ReentrantLock等等 ) .这些已经写好提供的锁为我们开发提供了便利,但是锁的具体性质以及类型却很少被提及.本系列文章将分析JAVA下常见的锁名称以及特性,为大家答疑解惑. 1.自旋锁 自旋锁是采用让当前线程不停地的在循环体内执行实现的,当循环的条件被其他线程改变时 才能进入临界区.如下 复制代码 代码如下: public class SpinLock { private AtomicRe

对Python的多进程锁的使用方法详解

很多时候,我们需要在多个进程中同时写一个文件,如果不加锁机制,就会导致写文件错乱 这个时候,我们可以使用multiprocessing.Lock() 我一开始是这样使用的: import multiprocessing lock = multiprocessing.Lock() class MatchProcess(multiprocessing.Process): def __init__(self, threadId, mfile, lock): multiprocessing.Proces

Java中synchronized实现原理详解

记得刚刚开始学习Java的时候,一遇到多线程情况就是synchronized,相对于当时的我们来说synchronized是这么的神奇而又强大,那个时候我们赋予它一个名字"同步",也成为了我们解决多线程情况的百试不爽的良药.但是,随着我们学习的进行我们知道synchronized是一个重量级锁,相对于Lock,它会显得那么笨重,以至于我们认为它不是那么的高效而慢慢摒弃它. 诚然,随着Javs SE 1.6对synchronized进行的各种优化后,synchronized并不会显得那么

JAVA线程sleep()和wait()详解及实例

JAVA线程sleep()和wait()详解及实例 sleep 1.sleep是Thread的一个静态(static)方法.使得Runnable实现的线程也可以使用sleep方法.而且避免了线程之前相互调用sleep()方法,引发死锁. 2.sleep()执行时需要赋予一个沉睡时间.在沉睡期间(阻塞线程期间),CPU会放弃这个线程,执行其他任务.当沉睡时间到了之后,该线程会自动苏醒,不过此时线程不会立刻被执行,而是要等CPU分配资源,和其他线程进行竞争. 3.此外如果这个线程之前获取了一个机锁,

Java多线程用法的实例详解

Java多线程用法的实例详解 前言: 最全面的java多线程用法解析,如果你对Java的多线程机制并没有深入的研究,那么本文可以帮助你更透彻地理解Java多线程的原理以及使用方法. 1.创建线程 在Java中创建线程有两种方法:使用Thread类和使用Runnable接口.在使用Runnable接口时需要建立一个Thread实例.因此,无论是通过Thread类还是Runnable接口建立线程,都必须建立Thread类或它的子类的实例.Thread构造函数: public Thread( ); p

java并发编程之cas详解

CAS(Compare and swap)比较和替换是设计并发算法时用到的一种技术.简单来说,比较和替换是使用一个期望值和一个变量的当前值进行比较,如果当前变量的值与我们期望的值相等,就使用一个新值替换当前变量的值.这听起来可能有一点复杂但是实际上你理解之后发现很简单,接下来,让我们跟深入的了解一下这项技术. CAS的使用场景 在程序和算法中一个经常出现的模式就是"check and act"模式.先检查后操作模式发生在代码中首先检查一个变量的值,然后再基于这个值做一些操作.下面是一个

java中变量和常量详解

变量和常量 在程序中存在大量的数据来代表程序的状态,其中有些数据在程序的运行过程中值会发生改变,有些数据在程序运行过程中值不能发生改变,这些数据在程序中分别被叫做变量和常量. 在实际的程序中,可以根据数据在程序运行中是否发生改变,来选择应该是使用变量代表还是常量代表. 变量 变量代表程序的状态.程序通过改变变量的值来改变整个程序的状态,或者说得更大一些,也就是实现程序的功能逻辑. 为了方便的引用变量的值,在程序中需要为变量设定一个名称,这就是变量名.例如在2D游戏程序中,需要代表人物的位置,则需

java集合中的list详解

1.List接口 该接口定义的元素是有序的且可重复的.相当于数学里面的数列,有序可重复 booleanaddAll(intindex,Collection<?extendsE>c);将指定集合中所有元素,插入至本集合第index个元素之后defaultvoidreplaceAll(UnaryOperatoroperator);替换集合中每一个元素值defaultvoidsort(Comparator<?superE>c);给集合中的元素进行排序Eget(intindex);获取集合

Java中的关键字synchronized 详解

在并发编程中,synchronized关键字是常出现的角色.之前我们都称呼synchronized关键字为重量锁,但是在JDK1.6中对synchronized进行了优化,引入了偏向锁.轻量锁.本篇介绍synchronized关键字的使用方式,区别和偏向锁.轻量锁和重量锁实现原理. 先看看synchronized关键字的4种用法. 1.修饰普通方法 private synchronized void synMethod(){ } 这种用法中,synchronized锁的对象实例. 2.修饰静态方

Java多线程 线程状态原理详解

这篇文章主要介绍了Java多线程 线程状态原理详解,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 java.lang.Thread.State枚举定义了6种线程状态. NEW: 尚未启动(start)的线程的线程状态 RUNNABLE: 运行状态,但线程可能正在JVM中执行,也可能在等待CPU调度 BLOCKED: 线程阻塞,等待监视器锁以进入同步代码块/方法 WAITING: 等待状态.使用以下不带超时的方式时会进入:Object.wait.

java中Locks的使用详解

之前文章中我们讲到,java中实现同步的方式是使用synchronized block.在java 5中,Locks被引入了,来提供更加灵活的同步控制. 本文将会深入的讲解Lock的使用. Lock和Synchronized Block的区别 我们在之前的Synchronized Block的文章中讲到了使用Synchronized来实现java的同步.既然Synchronized Block那么好用,为什么会引入新的Lock呢? 主要有下面几点区别: synchronized block只能写