Question

我正在分析以下伪代码的竞争条件（一些自我实践）并查看可能性的位置。伪代码描述了一个模糊的异步读写器。

作家帖子

r = 0; w = 1; l = 2; //assign start slot numbers
while(1) { 
  write_slot(w);
  l = w; //last written slot is w 
  w = not(r,l) //assigns next slot so that w is neither r or l
}

读者主题

while(1) {
 r = l; //read from latest write
 read(r);
}

我到目前为止发现的腐败/竞争条件的可能性是，如果变量读/写不是原子的，那么，例如，作者可以在读者是的时候改变l的值。读到它的中途（通过撕毁读/写可能导致r的无意义值）。是否有任何竞争条件可能导致读者和作者试图访问同一个插槽？

Answer 1

基本问题是即使变量赋值也不是原子操作。困难在于如何在硬件中执行伪代码。大多数计算机使用“加载/存储”架构，其中来自存储器的值必须在移动到另一个存储器位置之前移动到寄存器（即，没有直接的存储器到存储器操作）。这引入了一个中间状态（寄存器），可能会在多线程情况下混淆这种情况。

我假设您要将r，w和l实现为内存中的变量，这两个线程都可以看到。全局和堆内存在同一进程的线程之间共享，因此这部分很容易。但是，线程必须有自己的堆栈和寄存器状态，否则它们就无法工作。

读者的行r = l;之类的赋值将首先从某个内存位置（存储l的任何位置）将值加载到寄存器中，然后将此值存储到内存中（r } 被储存了）。因此赋值r = l就像“伪装配”：

load r1,addr(l) ; load l from memory into register r1 store addr(r),r1 ; store register r1 to wherever r is kept

其中r1是某个寄存器，addr(l)是存储l的地方的内存地址，addr(r)是r的地址。

在您的情况下，问题是一个线程（例如，读取器）的寄存器可以保持中间值，而另一个线程（编写器）修改内存。然后，当从寄存器存储到存储器时，第一个线程（读取器）将覆盖该存储器。

考虑以下事件序列。符号[writer]和[reader]指定哪个线程正在执行什么操作。读者的作业r = l作为上述装配操作给出，作者在其中执行麻烦的操作：

[writer] r=0; w=1; l=2; // (given starting conditions) [writer] write_slot(w) // w==1 [reader] load r1,addr(l) // load l (value 2) into register r1 [writer] l = w; // l gets w, which is 1 [writer] w = not(r,l) // since r *in memory* is still 0, // and l in memory is 1, // this picks 2 for w. [reader] store addr(r),r1 // stores 2 to r *in memory* [reader] read(r) // read(2) since r==2 [writer] write_slot(w) // write(2) since w==2

最后两个操作可以并行发生，因此他们会尝试同时访问同一个插槽。所以你的问题的答案是肯定的，它可能会发生。

解决此类问题的一种方法是强制执行互斥：通过让其他线程等待来确保某些代码段不会中断。有一些特殊的硬件指令（如“比较和交换”CMPXCHG）和用于实现互斥的操作系统功能（如挂起线程执行）。通常，您会使用某些库为您执行同步，而不是尝试编写自己的技术。例如，请参阅用于C的POSIX线程库的pthread_mutex_lock()和pthread_mutex_unlock（）。

读/写器伪代码中竞争条件的可能性

1 个答案: