如何在不使用C锁的情况下自动修改结构元素？

Question

我想原子地修改结构的某些元素。 我当前的实现使用互斥锁来保护关键代码，如下所示。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t thread_mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

#define ITER    100000

typedef struct global_status {
    int32_t context_delta;
    uint32_t global_access_count;
} global_status_t;

global_status_t g_status;

void *context0(void *ptr)
{
    unsigned int iter = ITER;
    while (iter--) {
        wait_event_from_device0();
        pthread_mutex_lock(&thread_mutex);
        g_status.context_delta++;
        g_status.global_access_count++;
        pthread_mutex_unlock(&thread_mutex);
    }

    return NULL;
}

void *context1(void *ptr)
{
    unsigned int iter = ITER;
    while (iter--) {
        wait_event_from_device1();
        pthread_mutex_lock(&thread_mutex);
        g_status.context_delta--;
        g_status.global_access_count++;
        pthread_mutex_unlock(&thread_mutex);
    }

    return NULL;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    pthread_t tid0, tid1;
    int iret;

    if ((iret = pthread_create(&tid0, NULL, context0, NULL))) {
         fprintf(stderr, "context0 creation error!\n");
         return EXIT_FAILURE;
    }

    if ((iret = pthread_create(&tid1, NULL, context1, NULL))) {
         fprintf(stderr, "context1 creation error!\n");
         return EXIT_FAILURE;
    }

    pthread_join(tid0, NULL);
    pthread_join(tid1, NULL);

    printf("%d, %d\n", g_status.context_delta, g_status.global_access_count);
    return 0;
}

我打算将此代码移植到不支持posix的RTOS中，并且我希望自动执行此操作，而无需使用互斥锁或禁用/启用中断。

我该怎么做？ 是否可以使用“原子比较和交换功能”（CAS）？

Answer 1

好像在您的示例中，您有两个为不同设备提供服务的线程。 您也许可以使用每个设备的结构来完全锁定。 全局将是所有每个设备统计信息的汇总。 如果确实需要锁，则可以使用CAS，LL / SC或任何受支持的基础原子构造。

Answer 2

我要做的是用我想同时更改的所有字段创建一个联合。 像这样：

union {
  struct {
    int            m_field1;
    unsigned short m_field2 : 2,
                   m_field3 : 1;
    BYTE           m_field4; 
  }
  unsigned long long m_n64;
  TData(const TData& r) { m_n64 = r.m_n64; }
} TData;

您可以像这样在更大的结构中嵌入工会：

struct {
  ...
  volatile TData m_Data;
  ...
} TBiggerStruct;

然后我做这样的事情：

while (1) {
  TData Old = BiggerSharedStruct.m_Data, New = Old;
  New.field1++;
  New.field4--;
  if (CAS(&SharedData.m_n64, Old.m_n64, New.m_n64))
    break; // success
}

我想将要同时更改为最小的16位，32位或64位结构的字段打包在一起。 我认为intel上的128位填充不如64位填充快，因此我避免了。 我有一段时间没有进行基准测试了，所以我可能会错了。