TTAS 一致性问题？

Question

作为本科生的一部分，我正在参加操作系统课程，我遇到了一个令人沮丧的错误，该错误仅在设置了 -O2/3 标志的情况下出现。

系统：x86
编译器：GCC
模拟器：Bochs/Qemu

我正在使用自旋锁（一种 TTAS 实现）维护关键部分。

static int
xchange(int*s)
{
    int val = LOCKED;
    /* Exchanging value at lock address with 1, returns the old value */
    asm volatile("xchg (%%eax), %%ebx" : "=b"(val) : "0"(val), "a"(s));
    return val;
}

void
TTAS(int *s)
{
    /* While lock is locked, do nothing */
    while(TRUE){
        while(*s == LOCKED){}
        
        /* If lock acquired  */
        if( xchange(s)  == UNLOCKED){
        return;
        }
    }
}

现在，当两个线程在混合了条件等待和锁定的共享变量上工作时，就会出现该错误。线程认为他们已经获得了锁，但随后的读取返回错误（旧）值。 我尝试包装锁以打印出最后一个“所有者”，但这增加的时间导致同步保持。 锁的最后和当前所有者：Thread 2 racing itself

如果我在获取锁后打印它的值。

TTAS(lock <int*>);
print(lock::val);
print(lock::val);

第一个打印'0'，第二个打印'1'。
如果我将 TTAS 换成 TAS，它似乎可以工作。

void
TAS(int *s)
{
    /* While lock is locked, do nothing */
        While( xchange(s)  != UNLOCKED){}
}

我无法确定是什么导致了这种行为，希望你们中的一些人可以帮助我推理。\

编辑： 更正了 xchange 上的错误 void return

Answer 1

参考下面的 cmets 和 Peter Cordes 的指导，正确的解决方案是：

#define UNLOCKED 0
#define LOCKED 1
#define TRUE 1


static int
xchg(int volatile *s) {
    int val = LOCKED;

    asm("xchg %0, %1" : "+m"(*s), "+r"(val)::"memory");
    return val;
}

void
TTAS_acquire(int volatile *s) {

    while(TRUE){
        while(*s == LOCKED){}
        if(xchg(s) == UNLOCKED){
            return;
        }
    }
}


void
TTAS_release(int volatile *s) {
    asm("":::"memory");
    *s = UNLOCKED;
}

编辑： 猜猜我在这个上开枪了！提出的解决方案似乎可以解决问题，但这只是表象。我收回这个！还改了错误的返回值，永远不会为空。

编辑2： 在 Peter Cordes 指导下重写了答案，还包括释放功能参见 cmets。