并发与竞争

并发与竞争

并发与竞争的提出

对于全局变量区域，不同的任务（线程）可能会访问变量区的同一变量，这种对于同一内存访问的情况，就是并发情况。而对于这种并发的问题，会引入竞争。

int a = 1; a++;

对于全局变量int a，对于其操作加1操作。

并发与竞争机理

假设有两个或者两个以上的线程A，线程B。在这两个线程中，都会对全局变量a做加1操作。

 

如上所示，在C语言中a++的操作，在实际的执行过程中，大概是执行右侧四条汇编指令。

第一步：先获取变量a的地址，并将其存储在r1的寄存器。

第二步：将a变量值读取到r0寄存器中。

第三步：执行加1操作。

第四步：把计算值存放在a的地址。

 

情况1（正常情况）

线程A与线程B都会执行对变量a执行加1操作。如果线程A与线程B次序执行（所谓次序执行，线程A执行完加1操作之后，线程B再执行加1操作）。

当线程A执行完a++操作之后，此时a的值变成2。

后面线程B继续执行a++操作，执行之后，a的值变成3。

这样，经过线程A与线程B操作之后，a的值变成3。（符合期望）。

情况2（异常情况）

 

如上图所示，在执行a++操作（add r0,#1）,线程A被线程B抢占。此时，OS会保存线程A的线程,具体来说就是将R0~R15寄存器的值保存在线程A的栈中，

学术称为保存现场。注意此时a的值仍为1，而且线程r0的值仍为1。

保存现场之后，开始线程B。对a执行加1操作。如图中黄色曲线所示，执行完之后，a的值变成2。

恢复线程A的现场，此时r0的值恢复为1。从蓝色曲线的红色处继续执行，而r0的值加1，r0的值变成2，将其存储在a的地址，此时a=2(异常)。

备注：执行结果异常的原因是，执行a++操作被打断，抢占。解决该问题，需要引入原子操作（下篇总结）。就是执行原子操作的语句，不能被打断。

一条C语言，被转换为4条汇编指令执行，这个是Arm的指令体系所决定的，具体可以来接Arm的体系架构。