这个时代无锁真的就是无锁吗

这几天在研究无锁编程的一些事情。

这里是内核kfifo（无锁循环队列，主要用于单一读者与单一写者）代码介绍：http://blog.csdn.net/linyt/article/details/5764312 代码精妙处原文作者已经解释得十分清楚了，然而，作者略过了这三个函数的介绍 ：

smp_rmb()

smp_wmb()

smp_mb()

这几个函数用于同步CPU各个核的cache line。是不是太专业了一点，其实我也不太懂硬件方面的东西，但总归要知道cpu是多核的，每个核有自己的cache，读写内存都先通过cache。然后呢，内存只有一个，核有多个，也就是说，同一份数据在内存只有一份，但却可能同时存在于多个cache line中。

现在转过头来说另一个事实，所有无锁算法都依赖于一些原子操作，例如compare_and_set, atomic_add, atomic_sub之类的（这些操作和cpu本身提供的原子指令并不一样，原子指令例如cmpxchg只是确保在完成这个操作之前进程不会被抢占）。这些操作可以执行的一个前提是——独占。假如一个变量a同时存在于核1和核2的cache line中，那么当核1想要进行atomic_add的时候必须先独占这个变量a，也就是告诉核2变量a在你的cache line已经无效了，以后想要操作a的时候到我这里来取最新的值。是不是有点像锁呢？恩，是挺像的，这正是本文标题想要表达的意思。（如果变量a不在cache line中呢？那么核1要锁住的将不是cache line，而是内存总线，一个消耗更大的操作）

然后上面的三个函数，被称为内存屏障，用于cpu各个核的cache line通信，至于实际上通信的过程是怎样的，这篇写得不能再好（墙外）：http://sstompkins.wordpress.com/2011/04/12/why-memory-barrier%EF%BC%9F/

同时，这三个函数只存在于内核源代码中，要在自己的代码中达到同样的效果，可以使用更上层的api，例如gcc 4.2以上的版本都内置提供__sync_synchronize()这类的函数，效果差不多。（或者你自己去抄内核的实现）

这里来盗窃一下内核的源代码，修改一下变成一个简单的“无锁”循环队列：

#define QUEUE_SIZE 1024

typedef unsigned int ElementType;



struct kfifo

{

    ElementType data[ QUEUE_SIZE ];

    unsigned int in; 

    unsigned int out;

};



int kfifo_put( struct kfifo *fifo, ElementType element )

{

    if ( QUEUE_SIZE - fifo->in + fifo->out == 0 )

        return 0;



    __sync_synchronize();      //确保取出的out是最新的（它是这么说的，但极度怀疑不需要）



    unsigned int index = fifo->in & (QUEUE_SIZE - 1);

    fifo->data[ index ] = element;



    __sync_synchronize();      //确保先写入数据再更新in



    fifo->in++;



    return 1;

}



int kfifo_get( struct kfifo *fifo, ElementType *element )

{

    if ( fifo->in - fifo->out == 0 )

        return 0;

    unsigned int index = fifo->out & (QUEUE_SIZE - 1);



    __sync_synchronize();       //确保读出的in是最新的（同上）



    *element = fifo->data[ index ];



    __sync_synchronize();       //确保先读取数据再更新out



    fifo->out++;



    return 1;

}

嘛，差不多了。