Linux的原子操作与同步机制
。进程1执行完“mov eax, [count]”后,寄存器eax内保存了count的值0。此时,进程2被调度执行,抢占了进程1的CPU的控制权。进程2执行“count++;”的汇编代码,将累加后的count值1写回到内存。然后,进程1再次被调度执行,CPU控制权回到进程1。进程1接着执行,计算count的累加值仍为1,写回到内存。虽然进程1和进程2执行了两次“count++;”操作,但是count实际的内存值为1,而不是2!
)从内存将count的数据读取到cpu。
2)累加读取的值。
3)将修改的值写回count内存。
这又回到前面并发问题类似的情况,只不过此时并发的主题不再是进程,而是处理器。
Intel x86指令集提供了指令前缀lock用于锁定前端串行总线(FSB),保证了指令执行时不会受到其他处理器的干扰。
使用lock指令前缀后,处理器间对count内存的并发访问(读/写)被禁止,从而保证了指令的原子性。
位的数据。
typedef struct { volatile int counter; } atomic_t;
其中原子操作函数atomic_inc完成自加原子操作。
/**
* atomic_inc - increment atomic variable
* @v: pointer of type atomic_t
*
* Atomically increments @v by 1.
*/
static __inline__ void atomic_inc(atomic_t *v)
{
__asm__ __volatile__(
LOCK "incl %0"
:"=m" (v->counter)
:"m" (v->counter));
}
其中LOCK宏的定义为。
#ifdef CONFIG_SMP
#define LOCK "lock ; "
#else
#define LOCK ""
#endif
可见,在对称多处理器架构的情况下,LOCK被解释为指令前缀lock。而对于单处理器架构,LOCK不包含任何内容。
,清除“Exclusive”标记,否则直接将temp置为1结束。
teq指令测试temp值是否为0。
bne指令temp不等于0时跳转到标号1,其中字符b表示向后跳转。
整体看来,上述汇编代码一直尝试完成“v->counter+=i”的操作,直到temp为0时结束。
使用ldrex和strex指令对是否可以保证add指令的原子性呢?假设两个进程并发执行“ldrex+add+strex”操作,当进程1执行ldrex后设定了全局标记“Exclusive”。此时切换到进程2,执行ldrex前全局标记“Exclusive”已经设定,ldrex执行后重复设定了该标记。然后执行add和strex指令,完成累加操作。再次切换回进程1,接着执行add指令,当执行strex指令时,由于“Exclusive”标记被进程2清除,因此不执行传送操作,将temp设置为1。后继teq指令测定temp不等于0,则跳转到起始位置重新执行,最终完成累加操作!可见ldrex和strex指令对可以保证进程间的同步。多处理器的情况与此相同,因为arm的原子操作只关心“Exclusive”标记,而不在乎前端串行总线是否加锁。
在ARMv6之前,swp指令就是通过锁定总线的方式完成原子的数据交换,但是影响系统性能。ARMv6之后,一般使用ldrex和strex指令对代替swp指令的功能。
:
lock decb [lock->slock]
jns 3
2:
rep nop
cmpb $0, [lock->slock]
jle 2
jmp 1
3: