单核多核加锁互斥问题

[积少@成多]

源码
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

int global;

void *thread(void *st){
int i;
for (i = 0; i < 2000; i++)
{
global ++;
}
}

int main(int argc, char **argv)
{

pthread_t tid1,tid2;
pthread_create(&tid1,NULL,thread,NULL);
pthread_create(&tid2,NULL,thread,NULL);

pthread_join(tid1, NULL);
pthread_join(tid2, NULL);
printf("%d \n", global);
return 0;
}

问题：在thread函数中如果加锁，结果等于4000，否则小于4000。 无论是单核还是多核环境都验证过。
这种问题一般人看一眼就会回答你写错了，没加锁啊。我也知道这样写不对，但具体原因还是有一些疑惑，希望大神们给予解答。

问题1：单核环境为啥加锁？

单核环境示意图
core-register L1cache L2cache RAM

单核CPU，所有线程共用一套寄存器，cache与RAM。当线程1在执行global ++操作时，会把global最新的值写入L1cache，是否时刻写入L2cache我不太清楚，这个时候线程切换到线程2，寄存器也都会被线程2所用，线程2会从L1 cache中将数据读到寄存器去执行，这样的话不加锁理论是也是没问题的，但实际效果来看，还是必须要加锁。

问题2： 多核环境为啥加锁？

多核环境示意图
core1-register L1cache
L2cache RAM
core2-register L1cache

多核CPU,每个核有自己的一套寄存器，L1cache是独立的， L2cache与RAM是共享的。
线程1在core1上执行，线程2在core2上执行。假设2个核的L1 cache都有global这个条目。
当线程1在执行global ++操作时，会把global最新的值写入core1的L1cache，是否时刻写入L2cache我不太清楚，即使写入了L2 cache，core2的 L1 cache会知道吗？这个时候线程切换到线程2，线程2会从core2的 L1 cache 中将数据读到寄存器去执行，这样极可能造成不同步，但是加锁为什么又能解决了呢，难道加锁之后 core1会在写cache的时候会把数据同步到 core2的 L1 cache?

[jixushashade]

应该是线程循环的次数太少，才2000次 用不了一个时间片就能处理完所以基本不会出现不等于4000的情况。 多核这部分没涉及过 所以不太清楚，而且很有可能也是因为执行时间太短造成。

[噼里啪啦222]

问题1： 这里应该不是缓存的问题，是原子性的问题，global ++;实际是多条指令，大概可能是这样： count++不是原子操作，是3个原子操作组合 1.读取主存中的count值，赋值给一个局部成员变量tmp 2.tmp+1 3.将tmp赋值给count 可能会出现线程1运行到第2步的时候，tmp值为1；这时CPU调度切换到线程2执行完毕，count值为1；切换到线程1，继续执行第3步，count被赋值为1------------结果就是两个线程执行完毕，count的值只加了1； 加锁是解决原子、可视、有序三个问题，不是就一个可视问题。 问题2： 大概就是你说的那样，需要注意一点，加锁的原理的是在进入锁之前和退出锁之后，同步一次缓存和内存中的数据。这么理解就明白了吧。 这个问题我也没完全懂，再深入就不懂了，欢迎大佬指正

[yyfhz]

线程是相互隔离的，寄存器的内容并不能在线程之间通用，线程切换包含寄存器的状态压栈和目标线程状态的恢复。所以不加锁的话会发生冲突。

[meepyou]

没仔细看，但好像记得子线程创建时会从主线程中继承一些环境过来，而且可能会比主线程更早执行后续部分代码（有一定随机性），因此在线程创建后加一个ulseep(1)之类的看看。