在内核中实现信号量..？

Question

我正在阅读“操作系统概念”以了解信号量。 本书摘录：

“信号量的关键方面是它们以原子方式执行——我们 必须保证没有两个进程可以执行waitO和signal() 同时对同一个信号量进行操作。这是一个临界区 问题;并且在单处理器环境中（即只有一个 CPU 存在），我们可以通过在 wait() 和 signal() 操作正在执行。该方案在一个单一的工作 处理器环境，因为一旦中断被禁止，指令 来自不同进程的不能交错。只有当前运行的 进程一直执行，直到重新启用中断并且调度程序可以重新获得 控制。

在多处理器环境中，必须在每个 处理器;否则，来自不同进程的指令（运行在不同的 ent 处理器）可以以某种任意方式交错。禁用中断 在每个处理器上都可能是一项艰巨的任务，而且会严重降低 表现不错。因此，SMP 系统必须提供替代锁定 技术——例如 spinlocks——确保 waitO 和 signal0 是 以原子方式执行。”

我的问题是：

这个spinlock是如何实现的？使用像TestAndSet()这样的硬件指令？因为，在某些时候需要一些硬件支持（用户接受该支持或内核接受该支持），因为我们需要一条指令在一条指令中进行测试和设置（其间不能中断）。

虽然在书中，我找不到任何这样的陈述，即在某些时候需要一些硬件支持。它将信号量解释为实现同步的软件技术。这是误导吗？

Answer 1

如果没有某种硬件支持，就无法实现 SMP 自旋锁，在这种情况下是原子测试和设置和原子增量操作。请参阅here，了解它是如何在不同架构上完成的。

有关它的 Linux/x86 实现，请参见 arch/x86/include/asm/spinlock.h。

Answer 2

理论上，使用共享内存不需要原子操作来实现互斥。参见例如Dekker's algorithm。 但是，尽管这有效，但性能几乎不会受到影响。这就是为什么大多数处理器架构都支持原子指令（例如测试和设置/比较和交换）。另一个原因可能是缓存会使事情变得更加复杂——多个处理器可以有不同的内存视图。总而言之，原子指令导致的问题更少。