TAS 指令與PostgreSQL spin lock

    TAS: 指Test-And-Set，它是一個原子操作，修改記憶體的值，並返回原來的值。當一個程式P1對一個記憶體位置做TAS操作，不允許其它程式P2對此記憶體位置，再做TAS操作。

P2必須等P1操作完成後，再做TAS操作。以下是一個簡單的鎖，透過TAS來實現：

volatile int lock = 0;
void Critical() {
    while (TestAndSet(&lock) == 1);
    critical section // only one process can be in this section at a time 
    lock = 0 // release lock when finished with the critical section 
｝

假設lock原來的值為“0”，當P1去做申請lock時，能獲取得到鎖。而此時P2再去申請鎖時，必須spin，因為此時lock的值已經被P1修改為“1”了。

用TAS來實現spin lock,此處要注意volatile的使用。volatile表示這個變數是易失的，所以會編譯器會每次都去記憶體中取原始值，而不是直接拿暫存器中的值。

這避免了在多執行緒程式設計中，由於多個執行緒更新同一個變更，記憶體中和暫存器中值的不同步而導致變數的值錯亂的問題。另外，也會影響編譯器的最佳化行為。

在PostgreSQL中，spin lock的實現包含在spin.c和s_lock.c兩個檔案中。在不支援TAS的情況下，PG會使用PGSemaphores來實現 spin lock。

1.使用semaphore實現 

其中spin.c主要封裝了spin lock用PGSemaphores來實現的介面，跟硬體保持獨立。PGSemaphore是使用OS底層的semaphore來實現的，PG對其做了封裝，提供了PG系統內部統一的semaphore操作介面。

PG的用PGSemaphore結構體表示PG 自身的semaphore訊號，並將相關操作封裝在sembuf中，傳遞給底層OS。

PG semaphore lock操作：

PG semaphore結構體：

操作封裝：

semop操作：

底層OS實現呼叫，OS宣告在/usr/sys/include/sem.h中： 

從上面可以看出，PG的semaphore實現非常清晰，而且與OS底層的呼叫關係也很明瞭。

2.使用TAS指令實現 

而s_lock.c 則用TAS方式了spin lock，與硬體相關。在PG原始碼中，使用s_lock函式來申請spin lock：

int s_lock(volatile slock_t *lock, const char *file, int line)

tas操作如下：

PG使用了自適應演算法，來決定spin的次數和每次spin後，sleep的時間。

spins_per_delay：spin多少次後，開始sleep。預設為100，最大值為1000，最小值為10。

cur_delay：當前sleep的時間，最大值為1000，最小值為1。單位為毫秒。

spins_per_delay的值，基本上不變；但是cur_delay的值為當前值1倍和2倍之間變動。因此，spin delay次數越多，sleep時間會越長。