无锁编程(三) - 忙等待

概念

忙等待可以认为是一种特殊的忙等待

 

忙等待分类

Peterson算法

xchg解法

TSL解法

自旋锁

 

Peterson算法

Peterson算法是一个实现互斥锁的并发程序设计算法，可以控制两个线程访问一个共享的单用户资源而不发生访问冲突。GaryL. Peterson于1981年提出此算法。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>
#include <stdint.h>

int count = 0;
#define N 2
volatile int turn;
volatile int interested
= {0};

void enter_region(int process)
{
int other = 1 - process; //另一个进程
interested[process] = true;
turn = process;
while (turn == process && interested[other] == true) NULL; //一直循环，直到other进程退出临界区
}

void leave_region(int process)
{
interested[process] = false; 	// leave critical region
}

void *test_func(void *arg)
{
int process = *((int *)arg);
printf("thread %d run\n", process);
int i=0;
for(i=0;i<2000000;++i)
{
enter_region(process);
//printf("%d enter, count = %d\n", pthread_self(),count);
++count;
leave_region(process);
}
return NULL;
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
pthread_t id
;
int process
;
int i = 0;

uint64_t usetime;
struct timeval start;
struct timeval end;

gettimeofday(&start,NULL);
for(i=0;i<N;++i)
{
process[i] = i;
}

for(i=0;i<N;++i)
{
pthread_create(&id[i],NULL,test_func,&process[i]);
}

for(i=0;i<N;++i)
{
pthread_join(id[i],NULL);
}

gettimeofday(&end,NULL);

usetime = (end.tv_sec-start.tv_sec)*1000000+(end.tv_usec-start.tv_usec);
printf("count = %d, usetime = %lu usecs\n", count, usetime);
return 0;
}

结果说明：

[root@rocket lock-free]#./busywait_peterson 

thread 0 run

thread 1 run

count = 3999851, usetime = 263132 usecs

可以看出，虽然是互斥算法，但是实测的结果缺不是十分精确，有少量的count丢失，这点让人感到很差异，这里先不去深究，有经验的同学可以帮忙分析一下原因。

 

xchg解法

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <asm/system.h>
#include <sys/time.h>
#include <stdint.h>

volatile int in_using = 0;
int count = 0;
#define N 2

void enter_region()
{
while (xchg(&in_using, 1)) NULL;
}

void leave_region()
{
in_using = 0;	// leave critical region
}

void *test_func(void *arg)
{
int i=0;
for(i=0;i<2000000;++i)
{
enter_region();
++count;
leave_region();
}

return NULL;
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
pthread_t id[20];
int i = 0;

uint64_t usetime;
struct timeval start;
struct timeval end;

gettimeofday(&start,NULL);

for(i=0;i<N;++i)
{
pthread_create(&id[i],NULL,test_func,NULL);
}

for(i=0;i<N;++i)
{
pthread_join(id[i],NULL);
}

gettimeofday(&end,NULL);

usetime = (end.tv_sec-start.tv_sec)*1000000+(end.tv_usec-start.tv_usec);
printf("count = %d, usetime = %lu usecs\n", count, usetime);
return 0;
}

结果说明：这个结果自然是非常精确，感觉比peterson算法靠谱多了，性能倒是差别不大。

[root@rocket lock-free]# ./busywait_xchg

count = 4000000, usetime = 166548 usecs

 

TSL解法（Test and Set Lock）

enter_region：

tsl register, lock |复制lock到寄存器，并将lock置为1

cmp register, #0 | lock等于0吗?

jne enter_region |如果不等于0，已上锁，再次循环

ret |返回调用程序，进入临界区

 

leave_region：

move lock, #0 |置lock为0

ret |返回调用程序

 

自旋锁

自旋锁请参考我的另一篇文章，这里不再赘述。
http://blog.csdn.net/linux_bug/article/details/48375521