[Linux Kernel] 原子操作与同步机制

现代操作系统支持多任务的并发，并发在提高计算资源利用率的同时也带来了资源竞争的问题。例如C语言语句“count++;”在未经编译器优化时生成的汇编代码为。

当操作系统内存在多个进程同时执行这段代码时，就可能带来并发问题

假设count变量初始值为0。

进程1执行完“mov eax, [count]”后，寄存器eax内保存了count的值0。此时

进程2被调度执行，抢占了进程1的CPU的控制权。进程2执行“count++;”的汇编代码，将累加后的count值1写回到内存。然后，进程1再次被调度执行，CPU控制权回到进程1。

进程1接着执行，计算count的累加值仍为1，写回到内存。虽然进程1和进程2执行了两次“count++;”操作，但是count实际的内存值为1，而不是2！

單處理器原子操作

解决这个问题的方法是，将“count++;”语句翻译为单指令操作。

Intel x86指令集支持内存操作数的inc操作，这样“count++;”操作可以在一条指令内完成。因为进程的上下文切换是在总是在一条指令执行完成后，所以不会出现上述的并发问题。对于单处理器来说，一条处理器指令就是一个原子操作。 多处理器原子操作

多處理器原子操作

但是在多处理器的环境下，例如SMP架构，这个结论不再成立。我们知道“inc [count]”指令的执行过程分为三步：

1）从内存将count的数据读取到cpu。

2）累加读取的值。

3）将修改的值写回count内存。

这又回到前面并发问题类似的情况，只不过此时并发的主题不再是进程，而是处理器。

Intel x86指令集提供了指令前缀lock用于锁定前端串行总线（FSB），保证了指令执行时不会受到其他处理器的干扰。

Reference:

https://www.cnblogs.com/fanzhidongyzby/p/3654855.html