OS TSL机制

介绍

在操作系统中，线程的调度是极为重要的一部分，而互斥锁则是线程间共享资源的一种关键机制。在多线程程序中，多个线程可能同时访问一个共享资源，这时就需要保证数据的正确性和一致性，互斥锁提供了一种简单且高效的实现方式。在互斥锁的实现中，TSL（Test-and-Set-Lock Test）是一种常用的机制。

TSL机制

TSL（Test-and-Set-Lock Test）是一种原子操作，它可以将指定的内存位置在一个操作中读取出来，并将该位置设置为一个新的值。TSL操作包含两个操作：读取原始值和写入新值，它们必须以原子方式执行，以确保其完整性。

由于TSL操作是一个原子操作，因此它可以保证线程互斥和数据一致性。在使用TSL机制实现互斥锁时，每个线程会尝试使用TSL操作将互斥量从0改为1（以获取锁），而释放锁时则需要将互斥量从1改为0。在多核系统中，TSL操作也可以保证可见性和有序性，但需要使用适当的内存屏障指令来确保执行顺序。

示例代码

下面是一个使用TSL机制实现的互斥锁的示例代码，其中包括一个TSL操作和两个函数：lock()和unlock()。lock()函数首先不断地使用TSL操作来获取锁，判断互斥量的值是否为0，如果是，则将其设置为1，否则继续循环。而unlock()函数则将互斥量设置为0，释放锁。

typedef struct {
    volatile int mutex;
} lock_t;

void TSL(int *lock) {
    int oldval = 1;
    __asm__ volatile("xchgl %0, %1" :
        "=r"(oldval), "+m"(*lock) :
        "0"(oldval) : "cc", "memory");
}

void lock(lock_t *lock) {
    while (1) {
        while (lock->mutex != 0) {
            CPU_PAUSE();
        }
        TSL(&(lock->mutex));
        if (lock->mutex == 0) {
            return;
        }
    }
}

void unlock(lock_t *lock) {
    lock->mutex = 0;
}

参考资料

1. Test-and-Set (Wikipedia)
2. Test and Set Lock Test (Operating Systems: Three Easy Pieces)