多核處理器在執行并行訪問時, 很可能會出現多個核同時訪問共享資源的情況，操作系統通常采用鎖的機制來防止一個核在訪問共享資源時，該共享資源被其他核所改寫。當某個共享資源被鎖住時，只有獲得這個鎖的cpu核能夠操作共享資源，其他試圖訪問這個共享資源的cpu核只能等待當前持有鎖的cpu釋放掉鎖之后，才能獲取鎖去訪問共享資源。為保護共享資源不被打擾，需要建立一個臨界區域，臨界區的操作稱作原子操作。信號量是實現臨界區的一個方法，信號量是一個并發運行的進程共享的內存區域，用來保證某些資源一次只能被一個進程使用。

每個原子代碼段有下列結構：

wait(sem); /* 做原子操作 */ signal(sem);

sem就是一個信號量，這個信號量有兩個值，1表示信號量在使用中，等待；0表示信號量空閑，可以使用。進行原子操作之前，wait()判斷sem的值，如果sem=1，等待sem=0。如果sem=0，把sem置1,然后執行原子操作。原子操作結束之后，signal()把sem清0。wait()函數的內部，也是這樣的一個原子操作。

mips使用ll(鏈接加載)和sc(條件存儲)兩條指令實現信號量機制。使用它們可以對一個變量實現任意的讀-修改-寫序列（ll讀，sc寫）。這種指令序列并不保證所有操作的原子性，但是只有當這些指令序列的執行確實沒有受到干擾，是原子操作的情況下才能成功完成。

ll : ll rt, offset(base) 從內存中加載一個word， 將處理器內部的一個不可見的硬件鏈接位置1，將加載指令的地址存儲在寄存器LLAddr中。
sc : sc rt, offset(base) 檢測上次ll指令執行后開始的讀-修改-寫序列是否真的沒有受到任何干擾（不可見的硬件鏈接位是1）。如果操作是原子性的，rt寄存器的值就會存儲到相應的內存地址，同時“真”值1返回到rt寄存器，設置不可見的硬件鏈接位為0。如果讀-修改-寫序列受到干擾（不可見的硬件鏈接位是0），操作不是原子性的，內存中的數據會保持不變，設置rt寄存器的值為0。
LLAddr : 寄存器，用于存儲最近運行的鏈接加載操作的物理地址,。

下面是wait(sem)的實現：

wait :/* 獲取信號量sem的地址，存到t0寄存器 */la t0, sem TrayAgain :/* 取sem的值，存到t1寄存器，設置鏈接位為1，把sem的值存到LLAddr寄存器 */ll t1, 0(t0)/* 如果信號量已經被占用，等待sem被釋放；如果sem=0，信號量空閑，可以執行下面操作 */bne t1, zero, WaitForSem/* t1=1 */li t1, 1/* 判斷鏈接位；如果是原子操作，把1保存到sem, t1=1，清鏈接位; 如果不是原子操作，不改變sem的值，t1=0 */sc t1, 0(t0)/* 如果t1 = 1，ll sc指令執行成功，獲取到信號量； 如果t1=0，獲取信號量失敗，重新嘗試獲取 */beq t1, zero, TryAgain/* 延遲槽 */nop/* wait函數返回，ll sc執行成功，進入臨界區，執行原子操作 */jr ra

ll sc指令執行失敗的情況：
1. 在ll sc指令之間發生了異常，eret指令會破壞原子操作，清除不可見的硬件鏈接位
2. 多處理器系統的另一個cpu改寫了那個位置的內存數據，或改寫了附近的內存數據（在同一個cacheline）

作者聲明：本文是作者學習總結，能力有限，難免出現問題，如發現問題會及時修改。如有侵權，聯系本人刪除。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的LL和SC的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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