【WD】openGauss数据库源码解析系列文章—— 事务机制源

上一篇为介绍完"5.1 事务整体架构和代码概览"及“5.2 事务并发控制”，本篇将继续介绍“5.3 锁机制”的精彩内容。

5.3 锁机制
数据库对公共资源的并发控制是通过锁来实现的，根据锁的用途不同，通常可以分为3种：自旋锁（spinlock）、轻量级锁（LWLock，light weight lock）和常规锁（或基于这3种锁的进一步封装）。使用锁的一般操作流程可以简述为3步：加锁、临界区操作、放锁。在保证正确性的情况下，锁的使用及争抢成为制约性能的重要因素，下面先简单介绍openGauss中的3种锁，最后再着重介绍openGauss基于鲲鹏架构所做的锁相关性能优化。

5.3.1 自旋锁
自旋锁一般是使用CPU的原子指令TAS（test-and-set）实现的。只有2种状态：锁定和解锁。自旋锁最多只能被一个进程持有。自旋锁与信号量的区别在于，当进程无法得到资源时，信号量使进程处于睡眠阻塞状态，而自旋锁使进程处于忙等待状态。自旋锁主要用于加锁时间非常短的场合，比如修改标志或者读取标志字段，在几十个指令之内。在编写代码时，自旋锁的加锁和解锁要保证在一个函数内。自旋锁由编码保证不会产生死锁，没有死锁检测，并且没有等待队列。由于自旋锁消耗CPU，当使用不当长期持有时会触发内核core dump（核心转储），openGauss中将许多32/64/128位变量的更新改用CAS原子操作，避免或减少使用自旋锁。
与自旋锁相关的操作主要有下面几个：
（1） SpinLockInit：自旋锁的初始化。
（2） SpinLockAcquire：自旋锁加锁。
（3） SpinLockRelease：自旋锁释放锁。
（4） SpinLockFree：自旋锁销毁并清理相关资源。
5.3.2 LWLock轻量级锁
轻量级锁是使用原子操作、等待队列和信号量实现的。存在2种类型：共享锁和排他锁。多个进程可以同时获取共享锁，但排他锁只能被一个进程拥有。当进程无法得到资源时，轻量级锁会使进程处于睡眠阻塞状态。轻量级锁主要用于内部临界区操作比较久的场合，加锁和解锁的操作可以跨越函数，但使用完后要立即释放。轻量级锁应由编码保证不会产生死锁。但是由于代码复杂度及各类异常处理，openGauss提供了LWLock的死锁检测机制，避免各类异常场景产生的LWLock死锁问题。
与轻量级锁相关的函数有如下几个。
（1） LWLockAssign：申请一个LWLock。
（2） LWLockAcquire：加锁。
（3 ）LWLockConditionalAcquire：条件加锁，如果没有获取锁则返回false，并不一直等待。
（4） LWLockRelease：释放锁。
（5） LWLockReleaseAll：释放拥有的所有锁。当事务过程中出错了，会将持有的所有LWLock全部回滚释放，避免残留阻塞后续操作。
相关结构体代码如下：
5.3.3 常规锁
常规锁是使用哈希表实现的。常规锁支持多种锁模式（lock modes），这些锁模式之间的语义和冲突是通过冲突表来定义的。常规锁主要用于业务访问的数据库对象加锁。常规锁的加锁遵守数据库的两阶段加锁协议，即访问过程中加锁，事务提交时释放锁。
常规锁有等待队列并提供了死锁检测机制，当检测到死锁发生时选择一个事务进行回滚。
openGauss提供了8个锁级别分别用于不同的语句并发：1级锁一般用于SELECT查询操作；3级锁一般用于基本的INSERT、UPDATE、DELETE操作；4级锁用于VACUUM、analyze等操作；8级锁一般用于各类DDL语句，具体宏定义及命名代码如下：

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