synchronization - 如果不同处理器中的两个进程试图同时获取锁会发生什么

Question

好的，所以我正在阅读有关同步的内容，并阅读了各种算法，例如自旋锁、信号量和互斥锁，以避免竞争条件。

但是，当多个进程同时访问数据时，这些算法无法防止 SMP 中的竞争条件。

例如，假设处理器 A 中的线程 1 运行
锁(互斥1)；
撤回(1000)；
解锁(互斥体1)；

处理器 B 中的线程 2 运行
锁(互斥1)；
存款(1000)；
存款(1000)；
解锁(互斥体1)；

当两个线程完全在同一时间运行时，两个线程将同时处于临界区。

唯一的解决方案(应该在硬件级别)是使每个处理器彼此稍微偏离运行，但这违背了并行性的目的。

是否有任何硬件级别的支持来避免多个处理器尝试同时获取锁的情况？

(这不是原子性问题，而是精确并行性问题，我想知道 SMP 是如何处理它的)。

Answer 1

互斥锁的全部意义在于，即使两个核心试图同时获取它，其中一个也会被阻塞，直到另一个释放它。允许两个核心同时持有该互斥锁的互斥锁将完全被破坏，并且对于其唯一的预期目的毫无用处。

在硬件的某个地方，有一个总线仲裁器，它只允许一个内核控制连接这两个内核的总线。如果任一核心已经拥有在私有(private)缓存中保存互斥锁的内存，则该核心将获胜。否则，谁先坐公交车就赢。

总线仲裁器可以以多种方式工作，但通常它会轮换。因此，如果核心是 0、1、2 和 3，而核心 2 的总线在最后，如果需要，总线接下来将转到核心 3，否则如果需要，则转到核心 0，否则如果需要，则转到核心 1，否则返回核心 2。根据具体涉及的总线(无论是两个核心的 L2 缓存之间还是内存本身或其他什么)，一些核心可能会作为一个单元与其他核心组竞争，然后再竞争对于哪个特定的核心首先得到它。

可能是一个核心已经控制了总线，因此它将彻底获胜。通常，仲裁器允许核心持续持有总线，只要它继续想要将它用于一些事务，以避免不允许核心向前推进的浪费切换。

确切的细节可能会因大量因素而异，包括内核的排列方式、哪些内核在其缓存中处于何种状态、谁有总线最后以及总线仲裁器是否使用时间片、循环或某些其他机制等等。但是，任何不能保证只有一个核心最终获得锁的实现都将被视为严重损坏。