多核CPU下自旋锁的实现原理

多核CPU下自旋锁的实现原理

Question #

多核CPU下自旋锁的实现原理是怎样的?

Answer #

控制中断,在单CPU情况下,能解决多线程数据安全的问题,但现在,CPU 变成了多核心,或者主板上安装了多颗 CPU,同一时刻下系统中存在多条代码执行流,控制中断只能控制本地 CPU 的中断,无法控制其它 CPU 核心的中断。

所以,原先通过控制中断来维护全局数据安全的方案失效了,这就需要全新的机制来处理这样的情况,于是就轮到自旋锁登场了。

我们先看看自旋锁的原理,它是这样的:首先读取锁变量,判断其值是否已经加锁,如果未加锁则执行加锁,然后返回,表示加锁成功;如果已经加锁了,就要返回第一步继续执行后续步骤,因而得名自旋锁。为了让你更好理解,下面来画一个图描述这个算法。

这个算法看似很好,但是想要正确执行它,就必须保证读取锁变量和判断并加锁的操作是原子执行的。否则,CPU0 在读取了锁变量之后,CPU1 读取锁变量判断未加锁执行加锁,然后 CPU0 也判断未加锁执行加锁,这时就会发现两个 CPU 都加锁成功,因此这个算法出错了。

怎么解决这个问题呢?这就要找硬件要解决方案了,x86 CPU 给我们提供了一个原子交换指令,xchg,它可以让寄存器里的一个值跟内存空间中的一个值做交换。例如,让 eax=memlock,memlock=eax 这个动作是原子的,不受其它 CPU 干扰。

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08 | 锁:并发操作中,解决数据同步的四种方法

关闭和打开中断