Linux基础 -- 原子同步之__sync_val_compare_and

Linux基础 -- 原子同步之__sync_val_compare_and_swap 用法详解

news/2024/9/20 3:19:43 标签: linux

__sync_val_compare_and_swap 用法详解

__sync_val_compare_and_swap 是 GCC 提供的一个内置函数，用于实现原子操作。它在多线程编程中非常有用，可以用来实现无锁数据结构和同步机制。该函数提供了一个原子性的比较并交换操作，即在一个多线程环境下，这个操作能够确保多个线程不会同时修改同一个变量。

函数定义

type __sync_val_compare_and_swap(type *ptr, type oldval, type newval);

参数说明

ptr：指向需要进行原子操作的变量的指针。
oldval：期待的当前值，也就是我们希望 ptr 指向的变量当前应该包含的值。
newval：如果 ptr 指向的变量的值等于 oldval，那么将 ptr 指向的变量的值设置为 newval。

返回值

如果 ptr 指向的变量的值等于 oldval，函数会将 newval 赋值给该变量，并返回 oldval。
如果 ptr 指向的变量的值不等于 oldval，函数不会修改该变量的值，并返回该变量的当前值。

工作机制

__sync_val_compare_and_swap 的操作流程如下：

检查 *ptr 的值是否等于 oldval。
如果相等，将 *ptr 的值设置为 newval，并返回 oldval。
如果不相等，什么都不做，并返回 *ptr 的当前值。

示例代码

下面是一个使用 __sync_val_compare_and_swap 实现简单自旋锁的例子：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

volatile int lock = 0;  // 自旋锁的初始状态为未锁定

void acquire_lock() {
    while (__sync_val_compare_and_swap(&lock, 0, 1)) {
        // 自旋等待直到锁被释放
    }
}

void release_lock() {
    lock = 0;
}

void* thread_func(void* arg) {
    acquire_lock();
    printf("Thread %ld acquired the lock\n", (long)arg);
    // 模拟临界区代码
    for (volatile int i = 0; i < 1000000; i++);
    printf("Thread %ld releasing the lock\n", (long)arg);
    release_lock();
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;

    pthread_create(&t1, NULL, thread_func, (void*)1);
    pthread_create(&t2, NULL, thread_func, (void*)2);

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);

    return 0;
}

代码解释

lock 变量初始值为 0，表示锁未被占用。
acquire_lock() 函数试图将 lock 的值从 0（未锁定）设置为 1（锁定），如果成功则表示当前线程成功获得了锁；否则它会持续尝试，直到锁被释放。
release_lock() 函数将 lock 设置为 0，表示释放锁。

在这个例子中，两个线程会竞争同一个锁，确保在同一时间只有一个线程能够进入临界区。