如何在多核上实现锁答案

【问题标题】：How locks are implemented on multiple cores如何在多核上实现锁
【发布时间】：2011-08-11 06:09:08
【问题描述】：

对于单处理器，锁定算法非常简单。

Lock(threadID) {
  Disable Interrupts
  If lock is already owned by same thread{
    Restore Interrupts
    return
  }
  if lock is free {
    make lock busy
    set current thread as the owner of the lock
  }
  else {
     add threadID to the lock queue.
  }
  Restore Interrupts
  return
}

但是我们如何在多处理器/多核系统中实现此代码。如果 2 个核心/进程尝试为不同的进程提供相同的锁会怎样。

【问题讨论】：

标签： operating-system mutex multicore locks multiprocessor

【解决方案1】：

我说考虑锁的最简单方法是原子交换指令。下面获取锁X。

锁：设置寄存器A = 1 Atomic_Exchange(X, RegisterA) //运行使得没有其他线程可以使用 X 如果寄存器A == 1：意味着当我进行交换时 X 为 1，因此其他人拥有锁由于我没有锁，请转到 LOCK 别的：如果 A 为零，则意味着我是第一个将 X 设置为 1 的人，这意味着我拥有锁开锁： X = 0

原子交换存在于大多数计算机中。英特尔的 x86 对此有一个 EXCHG 指令。仅供参考，英特尔的 x86 还具有比较和交换指令，可以为您处理获取和比较。基本上，它不是首先进行交换然后在软件中进行测试，而是使用硬件并且仅在 X==0 开始时才进行交换。这节省了对变量 X 的额外写入，从而减少了 X 的缓存未命中，从而提高了性能。

【讨论】：

【解决方案2】：

互斥锁通常使用atomic operations 在单个内存值上实现。例如，锁可以是一个单词，当0 时是空闲的，1 时是锁定的。为了获得锁，处理器将锁定内存总线（因此没有其他处理器可以读取或写入内存），读取该字的最新值，如果是0，则将其设置为1，然后解锁内存总线。要解锁，可以将单词设置为0。

这是一个简单的例子，没有说明当锁被争用时会发生什么。不同的操作系统使用不同的机制来处理。 Linux 使用称为futexes 的东西。我不确定 Windows 或 Mac 能做什么。

虽然您发布的算法是正确的，但非内核代码无法禁用 CPU 中断，因此即使在单个内核上，用户空间代码也会倾向于使用原子操作。

【讨论】：

只能通过原子操作完成，还是还需要系统调用（禁用中断）？