数据库内核月报 － 2021 / 02

背景

innodb里面的mutex常见的实现是PolicyMutex<TTASEventMutex，信号量底层使用是os_event_t

代码分析

os_event_t

struct os_event {
void set();
int64_t reset();
void wait_low();
void broadcast();
private:
bool m_set;
int64_t signal_count;
os_cond_t cond_var;
EventMutex mutex;
os_cond_t cond_var;
}

1. set函数 如果m_set是false，调用broadcast函数
2. reset函数 设置m_set = false, 返回signal_count
3. wait_low函数 m_set == false 并且signal_count == reset_sig_count 才进入wait, 保证不会死锁
4. broadcast函数 m_set设置true, signal_count计数器+1，唤醒其他等待者

wait操作: 先调用reset函数，然后用返回的reset_sig_count作为参数，调用wait_low函数
signal操作: 调用set函数

PolicyMutex

先看PolicyMutex的主要结构

template <typename MutexImpl>
struct PolicyMutex {
private:
MutexImpl m_impl;
public:
void enter();
void exit();
void init();
}

init函数负责初始化，加锁是enter函数，解锁是exit函数，具体的实现都是通过m_impl来实现

TTASEventMutex

在看TTASEventMutex的主要结构

struct TTASEventMutex {
public:
void init();
void exit();
void enter();
bool try_lock();
private:
std::atomic_bool m_lock_word;
std::atomic_bool m_waiters;
os_event_t m_event;
MutexPolicy m_policy;
}

1. m_lock_word 判断是否加锁成功
2. m_waiters 当前锁有多少个等待者
3. m_event 线程等待内部实现使用
4. m_policy 统计使用

exit函数

1. m_lock_word设置false
2. 如果有waiter就调用signal函数唤醒其他等待者

enter函数功能就是加锁，成功返回，否则就一直等待，具体内部实现：

1. 第一步会优先判断m_lock_word原子变量cas操作能否成功，成功就说明加锁成功了，否则说明有其他人持有锁

2. 调用spin_and_try_lock函数，内部实现死循环执行下面步骤：
   

   2.1. 先尝试max_spins次对m_lock_word变量执行cas操作，如果成功就返回
   2.2. 没有成功就先尝试执行yield函数，放弃cpu占用
   2.3. 调用wait函数，内部实现：
   

    2.3.1. 先调用sync_array_get_and_reserve_cell从wait_array获取一个cell，m_waiters设置为true
    2.3.2. 尝试4次m_lock_word原子变量cas操作，如果成功就返回
    2.3.3. 调用sync_array_wait_event等待信号量唤醒
   

sync_array_t

struct sync_array_t {
ulint n_reserved;		//正在使用的cell个数
ulint n_cells;			//数组分配大小   
sync_cell_t *cells;             //数组
ulint next_free_slot;           //除了free list以外，下一个可以用的cell
ulint first_free_slot;          //free list链表头, 复用cell里面的line字段作为next指针
}

sync_array_init 初始化sync_wait_array 二维数组，第一维大小1，第二维大小100k。
sync_array_reserve_cell 从sync_wait_array 里面获取一个free cell，极限情况全部cell被占用就返回nullptr
sync_array_free_cell 放回cell到free list
sync_array_wait_event 等待信号量唤醒

GenericPolicy

struct GenericPolicy {
latch_id_t m_id;
/** Number of spins trying to acquire the latch. */
uint32_t m_spins;

/** Number of waits trying to acquire the latch */
uint32_t m_waits;

/** Number of times it was called */
uint32_t m_calls;
}

每次加锁都会更新里面相关字段,因此通过GenericPolicy可以看到锁竞争激烈程度