锁与原子操作

锁与原子操作

锁

以自增操作为例子：

void *func(void *arg) {int *pcount = (int *)arg;int i = 0;//while (i ++ < 100000) {(*pcount) ++;    // 并不会到达100000usleep(1);}
}int main(){int i = 0;for (i = 0;i < THREAD_COUNT;i ++) {pthread_create(&thid[i], NULL, func, &count);}for (i = 0;i < 100;i ++) {printf("count --> %d\n", count);sleep(1);}
}

如果有两个线程对i=20进行自增：idx++

正常是这样：

从内存加载到寄存器 =》 寄存器自增 =》 从寄存器加载到内存

但可能是：

在线程1切换2时，没问题，在线程2切换线程1时，线程1栈中保存的寄存器的值INC是20，写入内存就是21，而不是22.

如果开启O3优化，编译器会将自增转换为原子操作（后面再将）

那我们在编码层怎么做：

• 加锁（对临界资源是否需要加锁，看它在汇编层面是否是原子操作 ）
• 直接把操作变成原子操作

互斥锁、自旋锁、原子操作

1. 锁，就是对临界资源加锁，这里加一把互斥锁

void *func(void *arg) {int *pcount = (int *)arg;int i = 0;while (i ++ < 100000) {pthread_mutex_lock(&mutex);  (*pcount) ++;pthread_mutex_unlock(&mutex);usleep(1);}
}

但其实，这里更应该用自旋锁

2. 自旋锁：和互斥锁使用一样的，互斥锁在哪用，自旋锁就在哪里用（不让出cpu，一直等着锁被释放）

使用场景：

• 临界资源复杂的，有系统调用的操作用互斥锁，简单的用自旋（因为等的时间短，消耗的资源还少于线程切换的资源），
• 有系统调用的就别用自旋了，文件的读写，只允许一个线程访问的，用互斥锁，自增操作，队列读取可以用自旋锁
• 操作简单，且cpu提供了指令集的，用原子操作

3. 原子操作

把三条指令（读、自增、写）变成一条：xaddl

原子操作需要cpu指令集的支持，比如这里的xaddl

int inc(int *value, int add) {int old;__asm__ volatile (// xaddl 第2个参数加第1个参数并把值存储到第一个参数；lock,锁cpu操作内存的总线// 锁总线、锁缓存的平时也用不到，这里不赘述了"lock; xaddl %2, %1;"   : "=a" (old)    // old：第0个参数: "m" (*value), "a" (add)    // value第一个参数，add是第二个参数: "cc", "memory");return old;
}void *func(void *arg) {int *pcount = (int *)arg;int i = 0;while (i ++ < 100000) {inc(pcount, 1);   // 原子操作usleep(1);}
}

而cas是原子操作的一种，也就是cpu指令集中的一个指令：compare and swap，先有比较再有赋值

if (a==b){   // comparea=c;      // swap
}

这个就是cmpxchg(a,b,c)，用在单例模式中：

if (instance == null){instance = malloc(sizeof(object));
}

原子操作记住常用的就行 自增，自减，加减乘除，cas

cpu亲缘性：
在Linux内核中，都是通过task_struct进行调度的，为了避免一个task_struct被切换到其他核（减少系统调用），可以使用系统函数sched_setaffinity() 将一个或多个task_struct绑定到特定的核上

tip1：如果fork指定数量的子进程：

比如说我要创建6个子进程，如果fork()3次，那就是8个了（2，4，8），可以通过以下方式创建：

    int i = 0;int num = sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF);  // 获取cpu核心数量pid_t pid = 0;for (i = 0;i < num/2;i ++) {pid = fork();if (pid <= (pid_t)0) {    // 如果是子线程（=0），就退出break;}}

tip2：以下内存我没深入理解，放在这里以后补充

线程私有空间：pthrerad_key

线程是进程的一个实体（），是CPU调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位.线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈)，但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源.

线程所独享的资源有：程序计数器、寄存器、栈、状态字，共享堆内存

为什么线程要有私有数据：
比如不同线程监听不同的端口，端口的数据，就属于线程的私有空间，不应该被其他线程读取，而线程的私有数据是通过一个Key结构体来实现的

setjmp/longjmp：函数间的跳转，实现try-catch的核心，要实现try-catch，还需线程私用空间