スピンロックとミューテックスの大きな違いは、スピンロック機構では、ロックを取得しようとするスレッドはループ内で待機し、ロックが有効かどうかを繰り返し確認する必要がありますが、ミューテックスの場合は、複数のプロセスが同じリソースを順番に共有できる点です。
複数のプロセスが同時に同じデータにアクセスし、操作する場合、その結果はプロセスの実行順序に依存する。
これをレースコンディションと呼びます。
複数のプロセスやスレッドを実行すると、レースコンディションが発生する可能性があります。
そのため、データの不整合につながる可能性があります。
プロセスやスレッドを同期させる技術として、スピンロックとミューテックスがあります。
スピンロックとは
Spinlockはロック機構の一つです。
スレッドはロックが有効になるまで待つことができます。
つまり、スレッドはロックが有効になるまでループやスピンで待機する。
ロックを取得した後、スレッドはそれを解放するまでスピンロックを保持します。
一部の実装では、ロックを保持するスレッドがブロックされたり、スリープ状態になったりすると、スピンロックが自動的に解放される場合があります。
また、スピンロックはOSのプロセス再スケジューリングやコンテキストスイッチングによるオーバーヘッドを回避します。
さらに、スピンロックはスレッドをわずかな時間だけブロックする効率的な方法です。
そのため、ほとんどのOSカーネルはスピンロックを使用しています。
しかし、特定のスレッドが長い時間スピンロックを保持すると、他のスレッドの実行を回避することができます。
このような状況では、ロックを保持しているスレッドがロックを解放するために開始しない間に、他のスレッドが継続的にロックを取得しようとします。
特に、これはシングルプロセッサのシステムでよく発生します。
特に、競合状態を引き起こす可能性のあるロックへの同時アクセスを考慮しなければならないため、スピンロックの実装は困難なタスクです。
しかし、アトミックテストやセットといったアセンブリ言語の命令を使って実装することは可能です。
高級言語を使えば、ピーターソンアルゴリズムのような非アトミックなロックアルゴリズムも利用できる。
しかし、高レベル言語で使用する場合、スピンロックよりも多くのメモリを必要とする可能性があるという欠点があります。
Mutexとは
ミューテックス（Mutex）とは、相互排他オブジェクトのことで、ロック機構の一つです。
プロセスは、共有資源にアクセスする前にミューテックスを取得します。
その後、そのプロセスはロックを解放します。
同様に、一度に1つのプロセスしか共有資源にアクセスできません。
したがって、このロック機構により、一度に1つのプロセスしかクリティカルセクションを実行できない。
プロセスは、共有リソースの使用や共有変数へのアクセスが必要な場合、acquire()操作によりロックを占有する。
クリティカルセクションの実行が完了したら、release()操作でロックを解放する。
特定のプロセスがロックしている場合、他のプロセスは共有変数を使用したり、クリティカルセクションで実行することができません。
他のプロセスは、ミューテックスのロックが解除されるまで待ち行列で待機しなければなりません。
SpinlockとMutexの違い
定義
スピンロックとは、ロックを取得しようとするスレッドがループ内で待機し、その可否を繰り返し確認するようなロックです。
これに対し、ミューテックスとは、複数のプロセスが同じ資源を順番に共有できるように作られたプログラムオブジェクトのことです。
したがって、これがスピンロックとミューテックスの大きな違いです。
保持時間
また、スピンロックとミューテックスのもう一つの違いは、スピンロックはスレッドを短時間ブロックするのに対し、ミューテックスはスレッドを長時間ブロックすることができる点です。
スリープ
スピンロックでは、タスクはロック待ちの間はスリープできませんが、ミューテックスでは、ロック待ちの間はスリープできます。
したがって、これもSpinlockとMutexの違いです。
結論
簡単に説明すると、Spinlockとmutexはプロセスやスレッドを同期させるための2つの技術です。
スピンロックとミューテックスの主な違いは、スピンロック機構では、ロックを取得しようとするスレッドはループ内で待機し、ロックが利用できるかどうか繰り返しチェックしなければなりませんが、ミューテックスの場合、複数のプロセスが同じリソースを順番に共有することができます。
つまり、どちらもロック機構でありながら、その働きは異なるのです。
