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该表描述,
互斥锁/解锁 25 nanosec
从主存中获取 100 nanosec
Nanosec?
我很惊讶因为mutex lock
比fetch data from memory
。如果是这样,什么mutex lock
到底是怎么做的?什么是Mutex lock
意思是在桌子上?
假设十个人必须共用一支笔(也许他们在一家非常缺钱的公司工作)。由于他们必须用笔写很长的文档,但写文档的大部分工作只是想说什么,所以他们同意每个人都可以用笔写文档的一句话,然后必须使其可供小组的其他成员使用。
现在我们有一个问题:如果两个人都想完了下一句话,并且都想立即使用笔怎么办?只能说两个人都可以抢到笔,但是这是一支很脆弱的旧笔,如果两个人抢的话它就会断掉。相反,我们在笔周围画一条粉笔线。首先你把手放在粉笔线上,then你抓住笔。如果一个人的手位于粉笔线内,则其他人不得将手放入粉笔线内。如果两个人试图同时把手伸过粉笔线,根据这些规则,只有其中一个人会先进入粉笔线,所以另一个人必须缩回手并保持在粉笔线外,直到笔又可用了。
让我们将其与互斥体联系起来。互斥锁是一种在短时间内保护共享资源(笔)的方法,称为临界区(写一篇文档的一句话的时间)。每当您想使用该资源时,您同意致电mutex_lock
首先(将手放在粉笔线内)。每当您使用完资源后,您同意致电mutex_unlock
(将手从粉笔线区域移开)。
现在介绍互斥体是如何实现的。互斥体通常使用共享内存来实现。有一些共享的不透明数据对象,称为互斥体,并且mutex_lock
and mutex_unlock
函数都采用指向其中之一的指针。这mutex_lock
函数使用原子测试和设置或加载链接/存储条件指令序列(在 x86 上,xhcg
经常使用),或者“获取互斥体”——设置互斥体对象的内容以向其他线程指示关键部分已锁定——或者必须等待。最终,线程获得互斥锁,在临界区内完成工作,并调用mutex_unlock
。该函数设置互斥体内部的数据以将其标记为可用,并可能唤醒一直试图获取互斥体的睡眠线程(这取决于互斥体的实现 - 的一些实现mutex_lock
只是紧紧地旋转着xchg
直到互斥锁可用,所以不需要mutex_unlock
通知任何人)。
为什么锁定互斥体比访问内存更快?简而言之,就是缓存。 CPU有一个高速缓存,可以非常快速地访问,因此xchg
只要处理器可以确保没有其他处理器访问该数据,操作就不需要一直到内存。但是 x86 有一个“拥有”高速缓存行的概念 - 如果处理器 0 拥有高速缓存行,则任何其他想要使用该高速缓存行中的数据的处理器都必须经过处理器 0。这样,就不需要xhcg
查看缓存之外的任何数据的操作,并且缓存访问往往非常快,因此获取无竞争的互斥体比内存访问更快。
不过,最后一段有一个警告:速度优势仅适用于无争议的互斥锁。如果两个线程尝试同时锁定同一个互斥锁,则运行这些线程的处理器必须进行通信并处理相关缓存行的所有权,这会大大减慢互斥锁的获取速度。此外,两个线程之一必须等待另一个线程执行临界区中的代码,然后释放互斥体,这进一步减慢了其中一个线程的互斥体获取速度。
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