linux多线(进)程编程——（8）多进程的冲突问题

前言

随着时间的推移，共享内存已经在修真界已经沦为禁术。因为使用这种方式沟通的两人往往会陷入到走火入魔的状态，思维扭曲。进程君父子见到这种情况，连忙开始专研起来，终于它们发现了共享内存存在的问题：

进程间冲突

我们现在假设这样一种情况，有三个进程，它们使用共享内存完成通信。进程1向共享内存中写入一些数据，想让进程2读取这些数据。很不巧，由于缺乏管理，现在进程3也同时在向共享内存中写入数据。进程1与进程3的数据发生了相互冲突与相互覆盖，对于进程2来说，读取到了一些无意义的数据。如下图所示，这种相互冲突的问题是也是共享内存最大的局限性。如何解决不是我们这一节的重点，我们下一节再讨论，请大家继续向后看。

上面这种情况属于比较容易理解的范畴，下面这个就比较抽象了。

现在假设一种情况，我们在共享内存中定义了一个变量x，初始值为0，现在有两个进程，同时对这个变量进行加一操作，最后这个变量的值应该是多少？

既然我都这么问了，当然答案不可能是2，实际上，我们无法判断这个变量最终的值，它可能是1，也可能是2，可能每次运行结果都不同。这种反直觉的现象是什么原因造成的呢？接下来我带大家分析一下。

在c或者c++中，我们对一个变量x进行加一操作，无非一下两种手段，这里假设x已经被定义并且初始化为0。

c 复制代码

// 方案1
x = x + 1;

// 方案2
x++;

大家在上面看到的是两条语句，因此可能想当然的认为这两条语句每条都是一次直接执行完毕。但是实际上，对于这两条语句中的任意一条语句，他的执行大概分为三步。我们先编写一段C语言代码。在这里为了模拟共享内存，我们在全局区定义x并初始化为0，模拟x在共享内存中的情况。

c 复制代码

#include <stdio.h>

int x = 0;

int main() {
    x = x + 1;
    return 0;
}

我们将这段代码进行汇编，观察它的汇编代码，如下所示，根据#注释的内容我们可以看到，main.c文件的第六行的x=x+1;对应着三条汇编语句，它们分别是：（1）把变量x从内存中转移到CPU寄存器eax中，（2）在寄存器eax中对变量x加一，（3）把处理后的变量x从寄存器中放回到内存中。

asm 复制代码

main:
.LFB0:
	# 进入main函数后需要压栈
# main.c:6:     x = x + 1;
	movl	x(%rip), %eax	# x, x.0_1
	addl	$1, %eax	#, _2
# main.c:6:     x = x + 1;
	movl	%eax, x(%rip)	# _2, x
# main.c:7:     return 0;
	movl	$0, %eax	#, _5
# main.c:8: }
	# 即将离开main函数，需要出栈
	ret	
	.cfi_endproc

每一条汇编指令都是原子的，也就是不会被进程切换打断的。但是对于单核CPU在每两条汇编指令之间，都有可能会发生进程的切换。对于多核CPU，也可能会出现同时处理的情况，这会造成什么影响呢？我们用下面的图来表示：

小结

今天我们详细分析了共享内存可能存在的问题。虽然它的传输速度快，节约资源，但是如果不加以约束，一定会出现问题。

那么如何在共享内存中加入约束，让两个进程间互不干扰呢？这就是我们下一节要研究的问题：信号量。

结束语

进程君父子找到了共享内存存在的局限性，它们打算提供一个补救方案，方案定制中。