在通用C庫中是否有TestAndSet（volatile int * lock）函數？

...還是我必須寫我自己的？（順便說一句，我在工作c）在通用C庫中是否有TestAndSet（volatile int * lock）函數？

我在寫類似於維基百科什麼是一個實現：

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 
}

但我似乎無法找到一個預置的TestAndSet(volatile int *lock)。他們可能是什麼樣子

例子包括：

#define LOCKED 1 
int TestAndSet(volatile int* lockPtr) { 
    int oldValue; 
    oldValue = *lockPtr; 
    *lockPtr = LOCKED; 
    return oldValue; 
}

理想情況下，我想的東西，可以在Linux和Windows工作。同樣，我讀過原子指令的執行是依賴於硬件的。我不確定這是否會影響事物，或者如何判斷硬件是否支持它，然後運行替代方案。

謝謝！

額外的上下文信息： 我問這個問題的原因是一組用於訪問數據結構功能的發展（如添加（）取（）刪除（）等...）幾個線程正在訪問它進行修改和實時顯示某些元素。

互斥體：因爲關鍵區域不是整個散列表，而是特定的成員被給定的函數訪問，所以我投反對互斥體（糾正我，如果我的理由是沒有根據的）。因此使用互斥鎖會導致整個數據結構的性能瓶頸。

替代：是什麼讓我看到TestAndSet（）是因爲在數據結構中的每個元素上放置一個「beingAccessed」標誌更有意義。這個標誌將被一個想要訪問它的函數檢查，如果它是假的，那麼它將被設置爲true，然後該函數將做它必須做的事情，然後釋放那個元素而不凍結整個結構。

評論@ M.M： @chux和您都提到的原因，示例實現不正確。對於忙碌的等待，我的理解是，它在較低的級別上用於開發更高級別的同步機制。請參閱我的編輯上面的re：mutexes。 volatile不是爲了確保原子性，而是爲了確保每次訪問它時由原子函數檢查它的值，因爲多個線程可以隨時修改該變量。我想象/希望的原子性是由作用於所討論的變量的函數提供的。問題具體到你寫的東西：你的代碼說：「注意：不要使用」volatile「」但你提供的標準函數原型是易失性的，所以非易失性標誌變量在原子函數中被轉換爲volatile？謝謝。

來源

2016-03-03 J-a-n-u-s

N.B.我添加了「易失性」部分。這不是我找到的原始例子。 –

'oldValue = * lockPtr;'和'* lockPtr = LOCKED;'保持'lockPtr'不變？ – chux

@chux - 我知道對不對？這就是爲什麼我不確定是否丟失了某些東西，或者有關於我不知道的指針的屬性 –

在C11標準，您的標誌看起來像：

#include <stdatomic.h> 

// Lock-free atomic flag, initially unset. Note: do not use "volatile" 
atomic_flag lock = ATOMIC_FLAG_INIT;

，並有一個標準功能：

_Bool atomic_flag_test_and_set(volatile atomic_flag *object);

執行您需要的操作。

請注意，您的示例實現無效，因爲該標誌可能會被另一個線程在lock_ptr的讀寫之間更改。我使用clang 3.7和gcc 5.x進行了測試，並且他們實現了atomic_flag_test_and_set作爲XCHG彙編指令。

此外，您Critical功能實現了「自旋鎖」，即它會最大程度的發揮CPU在試圖改變標誌不斷敲打了。這只是一個很好的主意，因爲只有少數CPU週期才能執行鎖定。有關此主題的進一步閱讀，請參閱this thread。

對於受關鍵部分保護的代碼可能進行系統調用的正常使用，最好使用操作系統工具對該標誌執行非繁忙等待。

C11線程庫包含一個互斥鎖。As of 2015，顯然沒有主要的編譯器/庫組合本地支持C11線程，儘管在該線程上回答有一個github項目，它通過POSIX線程實現C11線程。

當然，您可以使用歷史悠久的#if技術在Windows中選擇CRITICAL_SECTION，並在所有其他操作系統中選擇pthread庫互斥體。

關於使用volatile：這對多線程既不必要也不足夠。

這不是足夠的因爲它不能保證原子性。一個易失性對象仍然可以被多個線程（數據競爭，UB）同時讀取/寫入。您必須使用原子對象，或者使用C11 Atomics或編譯器特定的原子特徵。

而不是必要因爲自C11以來，語言規範包括內存排序規則，該規則阻止編譯器對原子的重新排序操作。您可以閱讀有關C11標準（或N1570）中支持的各種內存排序模型的更多信息。因爲C99標準沒有任何內存圍欄的概念，所以在C99中推薦使用volatile sig_atomic_t作爲一種攻擊手段。然而，向前邁進，既然實際的原子是可用的，那麼易變的黑客應該寄存在垃圾堆中。

來源

2016-03-04 01:21:24

關於'volatile'的不足的好解釋。 – chux

@ M.M - 我的評論沒有足夠的空間，所以我把我的評論放在了我的問題的第二個編輯 –

你和@Collin Dauphinee都是非常有幫助的。我現在堅持要點，那就是我的atomic_flag是一個結構體定義的一部分，並且在那裏有ATOMIC_FLAG_INIT，它似乎是在它後面的結構中覆蓋數據。我認爲這可能與填充的對齊/必要性有關，但我不知道如何去做。有任何想法嗎？ –

-1

在Linux（和一般所有的* nix-ES），可以使用並行線程：

#include <pthread.h> 
pthread_mutex_t mutex; 
void init_mutex() { 
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL); 
} 
void lock_mutex() { 
    pthread_mutex_lock(&mutex); 
} 
void release_mutex() { 
    pthread_mutex_unlock(&mutex); 
} 
void delete_mutex() { 
    pthread_mutex_destroy(&mutex); 
}

你可以關閉過程中得到一個指向mutex，並轉換爲int*，但它是無感！這四個功能做：

init_mutex - 呼叫在程序啓動，初始化資源甚至可稱爲前main（前「void」關鍵字與__attribute__((constructor))標記它
delete_mutex - 呼籲程序完成，釋放資源。
lock_mutex - 會鎖定您的鎖定，不允許其他線程訪問此功能（有沒有辦法來限制它的進程之間）
release_mutex - 調用它讓運行時知道關鍵部分已經結束，並且已準備好接受下一個線程。

這些函數將構建等待互斥體的線程隊列。看到這個例子（六線程）：

A -> B -> C -> D -> E -> [MUTEX] -> F (critical) -> [MUTEX END] 
[F] release_mutex 
A -> B -> C -> D -> [MUTEX] -> E (critical) -> [MUTEX END] -> F

我不知道在Windows上做到這一點。如果你想到Linux和Windows通用的東西，那就不好。如果你想到硬件，我不得不說NO！線程由內核管理（有時由C庫管理）。

來源

2016-03-03 23:47:19

感謝您的回覆。我在我的問題中添加了其他信息，解釋爲什麼我決定不使用互斥鎖。 –

這通常使用內聯彙編語言或編譯器擴展來完成。例如，您可以在Linux和Windows中使用GCC Atomic Functions。 Microsoft C編譯器可能具有相同的功能。

來源

2016-03-04 00:49:37

C11包含提供此功能的新的atomic library。請參閱atomic_flag_test_and_set函數;只是一個atomic_flag*

您可能希望只使用，而不是滾動您自己的同步在C11的threads.h提供的mutex（mtx_*）功能，取代你int*。

來源

2016-03-04 00:59:23

現在探索此... –

謝謝你的幫助。請在@M.M的回答下查看我的評論以瞭解後續問題。你們都有正確的答案，但他提供的附加代碼示例非常有用。我感謝你抽出時間。再次感謝。 –

在通用C庫中是否有TestAndSet（volatile int * lock）函數？

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