C 我的自旋锁实现正确且最优吗？

我用旋转锁来保护一个非常小的关键部分。争用很少发生，因此自旋锁比常规互斥锁更合适

我当前的代码如下所示，并假定为x86和GCC：

volatile int exclusion = 0;

void lock() {
    while (__sync_lock_test_and_set(&exclusion, 1)) {
        // Do nothing. This GCC builtin instruction
        // ensures memory barrier.
    }
}

void unlock() {
    __sync_synchronize(); // Memory barrier.
    exclusion = 0;
}

所以我想知道：

* Is it correct?

• 这个代码正确吗？它是否正确地确保了相互排斥
• 它能在所有x86操作系统上工作吗
• 它也适用于x86_64吗？在所有操作系统上
• 它是最优的吗？
  • 我见过使用比较和交换的自旋锁实现，但我不确定哪个更好
  • 根据GCC原子内置文档（），还有

    \uuuu同步\uu锁定\uu释放

    。我不是记忆障碍方面的专家，所以我不确定是否可以用它来代替

    \uuuu sync\u synchronize

  • 我正在为没有争用的情况进行优化

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我一点也不在乎争论。每隔几天可能会有1到2个其他线程尝试锁定自旋锁。

回答您的问题：

我觉得还可以

假设操作系统支持GCC（并且GCC已经实现了功能）；这应该适用于所有x86操作系统。GCC文档表明，如果给定平台不支持，将生成警告

这里没有x86-64的具体内容，所以我不明白为什么不。这可以扩展到GCC支持的任何体系结构，但是在非x86体系结构上可能有更好的实现方法

在

unlock（）

案例中使用

\u sync\u lock\u release（）

可能会稍微好一点；因为这将在一次操作中减少锁并添加内存屏障。然而，假设你的断言很少会有争论；我觉得不错

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我不能对正确性发表评论，但在我阅读问题正文之前，你问题的标题就已经引起了我的注意。同步原语很难保证正确性。。。如果可能的话，最好使用设计良好/维护良好的库，或者。

一个改进建议是使用（test和test并设置）。使用CAS操作对于处理器来说是非常昂贵的，因此如果可能，最好避免使用CAS操作。

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另一件事，确保您不会遭受优先级反转的影响（如果高优先级线程尝试获取锁，而低优先级线程尝试释放锁，该怎么办？例如，在Windows上，调度程序使用优先级提升最终会解决此问题，但如果在过去20次尝试中未成功获取锁，您可以显式放弃线程的时间片。）（例如…）

在我看来很好。顺便说一句，这里的实现即使在有争议的情况下也更有效

void lock(volatile int *exclusion)
{
    while (__sync_lock_test_and_set(exclusion, 1))
        while (*exclusion)
            ;
}

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您的解锁过程不需要内存屏障；只要在x86上dword对齐，对排除的分配就是原子的。

如果您使用的是最新版本的Linux，则可以使用--a“快速用户空间互斥”：

正确编程的futex锁将不会使用系统调用，除非该锁处于争用状态

在无争议的情况下，您正试图使用自旋锁对其进行优化，futex将像自旋锁一样运行，而不需要内核系统调用。如果锁有争议，等待将在内核中进行，而不需要忙着等待。

所以我想：

* Is it correct?

在上述情况下，我想说是的

* Is it optimal?

这是一个复杂的问题。通过重新发明轮子，你也重新发明了许多其他实现已经解决的问题

• 如果您不尝试访问锁字，则可能会在失败时出现浪费循环

• 在解锁中使用完整的屏障只需要具有释放语义（这就是为什么您要使用uu sync_lock_release，这样您就可以在安腾上获得st1.rel而不是mf，或者在powerpc上获得lwsync等）。如果您真的只关心x86或x86 64，那么这里使用的屏障类型与否并不重要（但如果你想在哪里使用英特尔安腾的HP-IPF端口，你就不会想要这个）

• 您没有通常放在废物循环之前的pause（）指令

• 当有争论时，你想要一些东西，semop，甚至是绝望中的一个愚蠢的睡眠。如果你真的需要这为你带来的性能，那么futex建议可能是一个好建议。如果你需要这为你带来的性能差到足以维护这段代码，你有很多研究要做

请注意，有一条评论说不需要释放屏障。即使在x86上也不是这样，因为释放屏障还可以作为一条指令，指示编译器不要在“屏障”周围洗牌其他内存访问。这与使用asm（“：“内存”）时得到的结果非常相似

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在x86上，sync_lock_test_和_集将映射到一个带有隐含锁前缀的xchg指令。绝对是生成的最紧凑的代码（特别是如果您使用一个字节作为“锁字”而不是int），但其正确性不亚于使用lock CMPXCHG。比较和交换可以用于更高级的算法（比如在失败时将指向第一个“服务员”元数据的非零指针放入锁字中）。

我想知道以下CAS实现是否是x86_64上的正确实现。 在我的i7 X920笔记本电脑（fedora 13 x86_64，gcc 4.4.5）上，速度几乎快了一倍

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在x86（32/64）的特定情况下我认为在解锁代码中根本不需要内存隔离。x86不进行任何重新排序，只是存储首先放在存储缓冲区中，因此其他线程可以延迟它们的可见。如果一个线程进行存储，然后从同一个变量中读取，那么如果它尚未刷新到mem中，它将从其存储缓冲区中读取或

inline void lock(volatile int *locked) {
    while (__sync_val_compare_and_swap(locked, 0, 1));
    asm volatile("lfence" ::: "memory");
}
inline void unlock(volatile int *locked) {
    *locked=0;
    asm volatile("sfence" ::: "memory");
}