xv6：直接讀取刻度而不使用刻度鎖？

Question

我正在從事Xv6操作系統課程的作業。 我需要為進程的創建時間、終止時間、睡眠時間等實現數據狀態結構......

到目前為止，我決定直接使用ticks變量而不使用tickslock因為使用鎖並減慢系統速度來實現如此低優先級的目標似乎不是一個好主意。

由於 ticks 變量僅像這樣使用： ticks++ ，有沒有辦法嘗試檢索當前的刻度數並得到錯誤的數字？

我不介意在 +-10 滴答時得到錯誤的數字，但有沒有辦法讓它真正關閉。 就像當數字 01111111111111111 遞增時，它需要改變 2 個字節。 所以我的問題是，在存儲操作開始和完成之間，CPU 是否有可能分階段存儲數據，而另一個 CPU 將能夠獲取該內存位置中的數據？

所以在我看來，如果編譯器將創建一條mov指令或一條inc指令，我想知道的是，是否可以在它的開始和結束之間看到存儲操作。

Answer 1

asm 沒有問題：在 x86 上使用單個指令完成的對齊加載/存儲在 qword（8 字節）寬度內是原子的。 為什么在 x86 上自然對齊的變量原子上的整數賦值是原子的？

（在 486 上，保證僅適用於 4 字節對齊的值，甚至可能不適用於 386，所以這可能就是 Xv6 使用鎖定的原因？我不確定它是否應該在 386 上是多核安全的；我的理解是罕見的 386 SMP 機器並沒有完全實現現代 x86 內存模型（內存排序等）。）

但 C 不是 asm。 一次使用來自多個“線程”的普通非atomic變量是未定義的行為，除非所有線程都只是在讀取。 這意味着編譯器可以假設其他線程不會異步更改普通 C 變量。

在 C 中的循環中使用ticks將使編譯器讀取一次並重復使用相同的值。 您需要像 Linux 內核使用的READ_ONCE宏，例如*(volatile int*)&ticks 。 或者簡單地將其聲明為volatile unsigned ticks;

---

對於一個足夠窄以適合一個整數寄存器的變量，假設一個健全的編譯器將使用單個 dword 存儲來編寫它可能是安全的，無論是mov還是 memory-destination inc或add dword [mem], 1 。 （不過，您不能假設編譯器將使用內存目標 inc/add，因此您不能依賴於中斷方面的單核原子增量。）

對於一個作者和多個讀者，是的，讀者可以簡單地閱讀它，而無需任何類型的鎖定，只要他們使用volatile 。

即使在可移植的ISO C 中，當由信號處理程序寫入並由運行信號處理程序的線程讀取時， volatile sig_atomic_t對安全工作的保證也非常有限。 （雖然不一定由其他線程執行：在 ISO C volatile並不能避免數據競爭 UB。但實際上在 x86 上使用非敵對編譯器很好。）

（POSIX 信號是用戶空間的中斷等價物。）

另請參閱“int num”的 num++ 可以是原子的嗎？

對於一個線程以兩半發布更寬的計數器，您通常會使用 SeqLock。 使用 1 個寫入器和多個讀取器時，沒有實際鎖定，如果寫入與讀取重疊，則由讀取器重試。 請參閱使用 32 位原子實現 64 位原子計數器

Answer 2

首先，是否使用鎖不是你的目標是否低優先級的問題，而是解決競爭條件的問題。

其次，在您描述的特定情況下，在沒有任何鎖定的情況下讀取ticks 變量是安全的，因為這不是競爭條件的情況，因為 RAM 訪問同一區域（此處甚至是相同的地址）不能由 2 個獨立的 CPU 同時進行（ 閱讀更多）並且因為滴答寫入只會將值增加 1，並且不會做任何您真正錯過的重大更改。