Linuxカーネルにおけるロックの実装原理とは

Linuxカーネルロックの実装原理は、共有リソースに対してハードウェアの原子操作命令や特殊な命令シーケンスを通じて原子操作を保証し、スレッド間の同期とミューテックスを実現している。Linuxカーネルは、スピンロック、ミューテックス、リーダー／ライターロックなどの、さまざまなロック機構を提供している。スピンロックはビジーウェイトのロックの一種で、スレッドがスピンロックを取得しようとして失敗すると、そのロックが解除されるまでずっとスピン（ループ）を続ける。スピンロックの実装原理は、テストアンドセット（test-and-set）やスワップ（swap）などのハードウェアの原子操作命令を使用して、共有変数に対して原子操作を保証することによる。ミューテックスはブロッキングロックの一種で、スレッドがミューテックスを取得しようとして失敗すると、その保有者がロックを解放するまでブロックされる。ミューテックスの実装原理は、アトミックな比較アンドスワップ（compare-and-swap）命令を使用して、ミューテックス変数に対して原子操作を実現し、スレッドの同期とミューテックスを実現することによる。リーダー／ライターロックは特殊なロックの一種で、複数のスレッドが同時に共有リソースを読み取ることは許可されているが、書き込むことは1つのスレッドにしか許可されていない。リーダー／ライターロックの実装原理は、アトミックな比較アンドスワップ命令を使用して、読み取り回数と書き込みフラグに対して原子操作を実現し、読み取りと書き込み操作の同期とミューテックスを実現することによる。これらの基本的なロック機構に加えて、Linuxカーネルでは、より複雑な同期とミューテックス操作のために、セマフォ、条件変数などの他の同期原語を提供している。これらの同期原語の実装原理も、ハードウェアの原子操作命令や特殊な命令シーケンスに基づいている。