如何在引擎蓋下實施自旋鎖定？

Question

這是一個鎖， 只有一個執行線程在 時間。試圖通過另一個執行線程獲取鎖 使 處於後一循環狀態，直到鎖定爲 發佈。

它是如何處理兩個線程試圖獲取鎖完全相同的時間？

我想這個問題也適用於各種其他的互斥體實現。

Answer 1

取決於處理器和線程實現。大多數處理器的指令都可以以原子方式執行，最重要的是你可以創建自旋鎖等。例如，IA-32有一個xchg指令來進行原子交換。然後，您可以實現一個天真的自旋鎖，如：

eax = 1; 
    while(xchg(eax, lock_address) != 0); 
    // now I have the lock 
    ... code ... 
    *lock_address = 0; // release the lock 

Answer 2

正如以前的海報表明，每一個現代化的機器類型有一類特殊的被稱爲「原子學」那些作爲以前的海報操作指令的指示......他們連載至少執行指定的內存位置。

在x86上，存在一個LOCK彙編器前綴，它向機器指示應該以原子方式處理下一條指令。遇到這條指令時，x86上會有幾件事發生。

1. 等待的讀取預取被取消（這意味着CPU不會將數據呈現給可能在原子上過時的程序）。
2. 等待寫入內存的刷新。
3. 該操作執行，保證自動和序列化對其他CPU。在這種情況下，「序列化」意味着「它們一次發生一次」。從原則上來說，「這條指令的所有部分都是在沒有任何干預的情況下發生的」。

對於x86，有兩個常用指令用於實現鎖定。

1. CMPXCHG。有條件的交換。僞代碼：

 
uint32 cmpxchg(uint32 *memory_location, uint32 old_value, uint32 new_value) { 
    atomically { 
     if (*memory_location == old_value) 
      *memory_location = new_value; 
     return old_value; 
    } 
} 

XCHG。僞代碼：

 
uint32 xchg(uint32 *memory_location, uint32 new_value) { 
    atomically { 
     uint32 old_value = *memory_location; 
     *memory_location = new_value; 
     return *old_value; 
    } 
} 

所以，可以實現這樣的鎖：

 
uint32 mylock = 0; 
while (cmpxchg(&mylock, 0, 1) != 0) 
    ; 

我們旋轉，等待鎖，因此，自旋鎖。

現在，解鎖說明不會顯示這些很好的行爲。根據您使用的機器和解鎖的說明，可以觀察到各種違反一致性的情況。例如，即使在x86，其中有一個非常友好的內存一致性模型，下面可以觀察到：

 
    Thread 1  Thread 2 
    mov [w], 0 mov [x], 0 
    mov [w], 1 mov [x], 2 
    mov eax, w mov eax, x 
    mov [y], eax mov [z], eax 

在這個節目的最後，Y和Z都可以有值0！。

無論如何，最後一個註釋：x86上的LOCK可以應用於ADD，OR和AND，以便獲得指令的一致和原子讀 - 修改 - 寫語義。這對設置標誌變量並確保它們不會丟失很重要。沒有這個，你有這個問題：

 
    Thread 1  Thread 2 
    AND [x], 0x1 AND [x], 0x2 

在這個程序結束時，x的可能值是1,2和0x1 | 0x2（3）。爲了得到一個正確的計劃，你需要：

 
    Thread 1   Thread 2 
    LOCK AND [x], 0x1 LOCK AND [x], 0x2 

希望這會有所幫助。