Question

我正在开发一个用户级线程库作为项目的一部分。我想出了一种实现互斥的方法。我希望在继续之前看到你的观点。基本上，我需要在我的库中实现3个函数

mutex_init，mutex_lock和mutex_unlock

我认为我的mutex_t结构看起来像

 typedef struct 
 {
   int available; //indicates whether the mutex is locked or unlocked
   queue listofwaitingthreads;
   gtthread_t owningthread; 
 }mutex_t;

在我的mutex_lock函数中，我将首先检查互斥锁是否在while循环中可用。如果不是，我将为下一个要执行的线程生成处理器。

在我的mutex_unlock函数中，我将检查所有者线程是否是当前线程。如果是，我将设置为0.

这是怎么回事？还有，僵局呢？我应该在用户级库中处理这些条件，还是应该让应用程序员正确编写代码？

Answer 1

这不起作用，因为你有竞争条件。如果2个线程同时尝试捕获锁，则两者都会看到available == 0，并且两者都认为他们成功获取了互斥锁。

如果要正确执行此操作，并且不使用已存在的锁，则必须访问TAS，CAS等硬件操作。

有些算法可以在没有这些硬件支持的情况下为您提供互斥，但是它们会做出一些错误的假设。有关这方面的更多细节，我强烈建议阅读Herlihy和Shavit的多处理器编程艺术，第7章。

你不应该担心这个级别的死锁 - 互斥锁应该足够简单，并且有一些假设，使用它们的程序员应该小心不要导致死锁（高级互斥锁可以检查自死锁，意思是调用锁两次而不调用中间解锁的线程。）

Answer 2

不仅你必须进行原子操作来读取和修改标志（正如Eran指出的那样），你还必须注意你的队列能够进行并发访问。这并非完全无足轻重，有点像鸡蛋和鸡蛋问题。

但是如果你真的通过旋转来实现它，你甚至不需要有这样的队列。然而，锁的访问顺序主要是随机的。

可能只是屈服也是不够的，如果线程持有超过一些处理器周期的锁，这可能会非常昂贵。考虑使用等待时间值较短的nanosleep。

Answer 3

通常，互斥锁实现应如下所示：

锁定：

while (trylock()==failed) {
    atomic_inc(waiter_cnt);
    atomic_sleep_if_locked();
    atomic_dec(waiter_cnt);
}

的tryLock：

return atomic_swap(&lock, 1);

解锁：

atomic_store(&lock, 0);
if (waiter_cnt) wakeup_sleepers();

如果你想要递归的互斥锁，可以同步自己的破坏的互斥锁（例如，一旦你获得锁定就释放互斥锁是安全的）等等，事情会变得更加复杂。

请注意，atomic_sleep_if_locked和wakeup_sleepers对应于Linux上的FUTEX_WAIT和FUTEX_WAKE操作。其他原子可能是CPU指令，但可能是系统调用或内核辅助用户空间函数代码，如Linux / ARM和0xffff0fc0原子比较和交换调用。

Answer 4

您不需要用户级线程库的原子指令，因为所有线程都将是同一进程的用户级线程。实际上，当您的进程被赋予执行时间片时，您在该时间片期间运行多个线程但在同一处理器上运行。因此，同时没有两个线程将在库函数中。考虑到互斥锁的功能已经存在于库中，因此可以保证互斥。

在用户级线程库中实现互斥锁

4 个答案: