为什么我们在 xchg() 之前需要 pushcli()？

Question

我正在查看自旋锁的this implementation，尤其是获取和释放函数：

void
acquire(struct spinlock *lk)
{
  pushcli(); // disable interrupts to avoid deadlock.
  if(holding(lk))
    panic("acquire");

  // The xchg is atomic.
  // It also serializes, so that reads after acquire are not
  // reordered before it. 
  while(xchg(&lk->locked, 1) != 0)
    ;

  lk->cpu = cpu;
  getcallerpcs(&lk, lk->pcs);
}

// Release the lock.
void
release(struct spinlock *lk)
{
  if(!holding(lk))
    panic("release");

  lk->pcs[0] = 0;
  lk->cpu = 0;

  xchg(&lk->locked, 0);

  popcli();
}

如果 xchg 函数是原子函数，pushcli() 和 popcli() 的用途是什么？原子性不会确保只有一个线程能够在任何实例中更改锁的值并且不会被中断吗？为什么我们必须显式禁用中断以防止死锁？

Answer 1

原子性不会确保在任何实例中只有一个线程能够更改锁的值而不会被中断吗？

是的，但这不是问题。该操作确保线程之间的原子性，但中断处理程序仍然是一个问题。

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中断（特别是硬件中断）是异步的，并且可以随时发生，这意味着代码可以在生成中断时执行任何操作。

当 CPU 捕获到中断时，任何正在运行的代码都会“暂停”并进入中断处理程序。只有在中断处理程序完成其工作后，其他任何事情都可以正常进行。

现在，假设您的代码需要acquire() 一个自旋锁，函数定义如下：

void acquire(struct spinlock *lk) {
    while(xchg(&lk->locked, 1) != 0)
        ;

    lk->cpu = cpu;
}

如果在上面的while 之后（和release() 之前）的任何时间发生中断，并且中断处理程序需要获取相同的自旋锁，那么它会尝试做同样的事情：调用@再次987654325@，进入while循环。然而，由于自旋锁已经被持有，循环将永远不会退出。中断处理程序将继续旋转以尝试获取永远不会释放的锁，因为根据定义，中断处理程序必须执行到结束，然后 CPU 才能继续执行其他任何操作。这会导致死锁。此时除了关闭电源并重新启动 CPU 外，别无他法。

这就是为什么需要在您显示的代码中禁用中断的原因。