[发明专利]具有硬件信号量模块的多处理器系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及多处理器系统领域，具体涉及一种获取多处理器硬件 信号量的方法。

背景技术

多处理器系统，包括片上多处理器系统，不同的处理器可以并发 访问系统的共享资源。硬件和软件一种关键的相互作用表现在对同步 操作的支持上。同步操作包含互斥、点对点事件和全局事件。不同的 多处理器系统都提供了相应的硬件原语来支持这些同步操作。硬件支 持有速度和效率的优越性，而软件实现则在灵活性和对不同情况的适 应性方面有优越性。

当某个结果取决于如何调度两个或多个进程时，相关代码就是不 正确的，我们说存在一种竞争条件。例如，当多个进程试图获取同一 个共享资源，并对其进行相应的操作时，就可能会引起竞争。由竞争 条件而引入临界区的概念。通常意义上，临界区是一段代码，在其他 的处理器能够进入临界区前，进入临界区的处理器必须全部执行完相 应的程序段代码。

在操作系统中，比如linux操作系统中，就利用了自旋锁和信号量 两种类型的处理器锁操作来确保在一个时刻只有一个进程进入临界 区。

自旋锁(spin lock)是用来在多处理器环境中工作的一种特殊的锁。 如果处理器控制路径发现自旋锁“开着”，就获取锁并继续自己的执行。 相反，如果处理器控制路径发现锁由运行在另一个CPU上的处理器控 制路径“锁着”，就在周围“旋转”，反复执行一条紧凑的循环指令， 直到锁被释放。自旋锁的循环指令表示“忙等”。即使等待的处理器控 制路径没有其它指令可以运行，它也在CPU上保持运行。

广泛使用的另一种机制是信号量(semaphore)，它在单处理器系统 和多处理器系统上都有效。信号量仅仅是一个与具体资源相关的计数 器。所有处理器在试图访问这个资源之前，都要检查这个信号量。可 以把信号量看成一个对象，其组成如下：

一个整形变量；

一个等待进程的链接；

两个原子方法：down()和up()。

down()方法对信号量的值减1，如果这个新值小于0，该方法就把 正在运行的进程加入到这个信号量链表，然后阻塞该进程。up()方法对 信号量的值加1，如果这个新值大于或等于0，则激活这个信号量链表 中的一个或多个进程。

包含临界区的软件代码中，同步方法所需的自旋锁和信号量都依 赖原子操作。假定运行过程中的两个CPU试图通过执行非原子操作来 同时“读-修改-写”同一存储器单元。首先，两个CPU都试图读同一 单元，但是存储器仲裁器只允许其中的一个访问而让另一个延迟。然 后当第一个读操作完成后，延迟的CPU从相同的存储器单元读到同一 个旧值。然后两个CPU都试图向该存储器单元写入新值，总线存储器 访问再一次被存储器仲裁器串行化，最终，两个写操作都成功。但是 全局的结果是不对的，因为两个CPU写入同一新值。

避免由于“读-修改-写”引起的竞争的最容易的方法，就是确保这 样的操作在芯片级是原子的。任何一个这样的操作都必须以单个指令 执行，中间不能中断，且避免其他的CPU访问同一存储器单元。这些 很小的原子操作可以建立在其他更灵活机制的基础上以创建临界区。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种获取多处理器硬件信 号量的方法，以解决多个处理器竞争共享存储资源的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案是这样的：

一种获取多处理器硬件信号量的方法，该方法包括：

处理器对硬件信号量模块进行读操作，发送包含有不同的特定地 址的读请求到硬件信号量模块来请求硬件信号量，该不同的特定地址 代表不同的命令；

硬件信号量模块根据接收的特定地址确定要进行处理的硬件信号 量单元，该硬件信号量单元根据该特定地址解析需要进行的动作，修 改内部状态，确定返回给处理器的值，并将该值返回给处理器；以及

处理器根据接收到的值进行后续的处理；

其中，硬件信号量模块由多个对应着一段内存地址空间的具有相 同功能的硬件信号量单元构成。