了解Linux的锁与同步

上周看了Linux的进程与线程,对操作系统的底层有了更进一步的一些了解.我同时用Linux内核设计与实现和Solaris内核结构两本书对比着看,这样更容易产生对比和引发思考.现代操作系统很多思路都是相同的,比如抢占式的多线程及内核、虚拟内存管理等方面.但另外一方面还是有很多差异.在了解锁和同步之前,原子操作是所有一切底层实现的基础.

通常操作系统和硬件都提供特性,可以对一个字节进行原子操作的的读写,并且通常在此基础上来实现更高级的锁特性.

• atomic_t结构

原子操作通常针对int或bit类型的数据,但是Linux并不能直接对int进行原子操作,而只能通过atomic_t的数据结构来进行.目前了解到的原因有两个.

一是在老的Linux版本,atomic_t实际只有24位长,低8位用来做锁,如下图所示.这是Linux是一个跨平台的实现,可以运行在多种 CPU上,有些类型的CPU比如SPARC并没有原生的atomic指令支持,只能在32位int使用8位来做同步锁,避免多个线程同时访问.(最新版SPARC实现已经突破此限制)

另外一个原因是避免atomic_t传递到程序其他地方进行操作修改等.强制使用atomic_t,则避免被不恰当的误用.

atomic_t my_counter = ATOMIC_INIT(0);

val = atomic_read( &my_counter );

atomic_add( 1, &my_counter );

atomic_inc( &my_counter );

atomic_sub( 1, &my_counter );

atomic_dec( &my_counter );

• 原子操作硬件上的实现

Solaris的实现是基于test-and-set的指令,并且该指令为原子操作.比如Solaris的实现在SPARC上是基于ldstub和cas指令,在x86上用的是cmpxchg指令.但是Linux似乎直接用的add指令.

OpenSolaris i386的实现

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