スピンロックとミューテックスの違い：待ち方・CPU使用・保持時間・カーネルでの使い方を比較

どんなときに使うか

スピンロック

マルチコアで、ロックを持つ時間がごく短い(コンテキストスイッチの手間より短い)とき。割り込みハンドラなど、眠ることが許されないカーネルの中の処理。

ミューテックス

ロックを持つ時間が長いとき、保持中にI/Oやメモリの確保などで眠る可能性があるとき。ユーザ空間のアプリケーションの、普通の排他制御。

組み合わせ

多くのミューテックスの実装は、競合がなければスリープせずにアトミック命令だけで取り、取れないときに少し回ってから眠るなど、両方の長所を組み合わせています。

理解度チェック

1. ミューテックス(眠って待つロック)とスピンロックを比べた説明として正しいものはどれか。
2. RTOSで起こる優先度逆転の説明として正しいものはどれか。
3. 優先度逆転を防ぐために使われる「優先度継承」の考え方として正しいものはどれか。

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関連する用語の解説

スピンロック

ロックが空くまで、ループでロックの変数を調べ続けて待つ方式のロック。待ちが短いときに速いが、待つ間もCPUを使い続ける。

ミューテックス

同時に1つのスレッドだけが持てるロック。取れないときはスレッドを眠らせてCPUを譲り、解放されるとOSが起こす実装が一般的。

コンテキストスイッチ

CPUで実行するプロセスやスレッドを切り替えること。レジスタやプログラムカウンタなどの状態を保存・復元し、プロセスの切り替えではアドレス空間も切り替える。

アトミック命令

メモリの読み出しと書き込みを、途中でほかのコアに割り込まれない1つの操作として行う命令。CAS、フェッチ・アンド・アッド、LR/SCなど。

優先度逆転

低いタスクが持つ資源を高いタスクが待っている間に、中くらいのタスクが低いタスクを止めて動き続け、高いタスクが長く待たされる現象。

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