比较和交换 - 如果 2 个处理器同时执行锁定会怎样？

Posted 2023-02-16

【中文标题】比较和交换 - 如果 2 个处理器同时执行锁定会怎样？

【英文标题】：Compare and swap - What if 2 processors execute locking simultaneous?

【发布时间】：2016-08-13 07:39:44

【问题描述】：

我在https://en.wikipedia.org/wiki/Compare-and-swap 中读到了关于 CAS 的内容，但有些疑惑：

即使单个锁定操作在单个指令中实现，但如果 2 个线程在 2 个不同的处理器上运行，则 2 个指令可能同时发生。这不是比赛条件吗？

我在<Linux Kernel Development> 3rd第168页看到以下句子。

因为一个进程一次只能在一个处理器上执行

我对此表示怀疑，不确定这是否意味着它的字面意思。如果进程有多个线程，它们不能同时在多个处理器上运行吗？

有人帮忙解释一下这些疑惑吗？谢谢。

【问题讨论】：

CAS 指令引用一个内存位置，并且对内存的访问是单线程的（即内存是单端口的）。因此只有一个核心（一个进程）会成功执行“同步”锁定操作。

@sawdust 谢谢，你能告诉更多关于access to memory is single threaded的信息吗？是硬件限制还是内核限制？我没有通过谷歌搜索找到更多信息。

这是硬件限制。例如在 x86 上有 LOCK 指令前缀，它可以断言总线锁定以确保对前缀指令的独占内存访问。 LOCK 可以与 cmpxchg 指令一起使用，例如，在 x86 上实现简单的自旋锁

【参考方案1】：

cpu 有一个内存缓存，通常每个所谓的缓存行大小为 64 字节。它会针对那个大小的块做一些事情。特别是，在执行 lock cmpxchg 或类似操作时，执行此操作的硬件线程将与其他线程协商对 64 字节内存部分的独占访问。这就是它起作用的原因。

一般来说，你想读这本书：https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/people/paulmck/perfbook/perfbook.html

第 21 页解释了这一特殊位。

关于 LKD 报价，没有提供上下文。可以安全地假设它们是指线程并且正在更新线程本地计数器。

【讨论】：

顺便说一句，这本书看起来很有趣。

如果 Paul McKenney 有一些关于并发的文章，你可以盲目地认为它是高质量的。试试他的 youtube 视频，可惜很少。