LoadLinked/StoreConditional (LL/SC)

MIPS中LL/SC指令介绍

MIPS32中的LL、SC指令说明

理解MIPS指令集中的ll (load linked) 和 sc

你用ll指令读取一个内存中的数据并存到一个寄存器，然后在寄存器修改（或不）这个值，随后用sc指令将它写入到同样的（原来的）位置。
而sc指令只在你修改寄存器中的值的期间，没有任何一个处理器改变它内存中的值 这种情况下，将值写入。
它同时需要（的副作用是）设置一个指示状态的变量来表明是否成功写入。（成功为1，失败为0）
 
当新的值成功地被写入了，那么可以认为这个线程在没有别的线程干涉的情况下完成了（一个值的）读-改-写过程。
如果失败了，接下来就取决于程序是要放弃这个操作还是再试一次了，不过至少它（ll&sc）不会生成一个隐性的（不被察觉的）竞争危害。

LL（Load Linked，链接加载）以及SC（Store Conditional，条件存储）

LL 指令的功能是从内存中读取一个字，以实现接下来的 RMW（Read-Modify-Write） 操作；
SC 指令的功能是向内存中写入一个字，以完成前面的 RMW 操作。
LL/SC 指令的独特之处在于，它们不是一个简单的内存读取/写入的函数，当使用 LL 指令从内存中读取一个字之后，
比如 LL d, off(b)，处理器会记住 LL 指令的这次操作（会在 CPU 的寄存器中设置一个不可见的 bit 位），同时 LL 指令读取的地址 off(b) 也会保存在处理器的寄存器中。
接下来的 SC 指令，比如 SC t, off(b)，会检查上次 LL 指令执行后的 RMW 操作是否是原子操作（即不存在其它对这个地址的操作），
如果是原子操作，则 t 的值将会被更新至内存中，同时 t 的值也会变为1，表示操作成功；
反之，如果 RMW 的操作不是原子操作（即存在其它对这个地址的访问冲突），则 t 的值不会被更新至内存中，且 t 的值也会变为0，表示操作失败。

SC 指令执行失败的原因有两种：

• 在 LL/SC 操作序列的过程中，发生了一个异常（或中断），这些异常（或中断）可能会打乱 RMW 操作的原子性。
• 在多核处理器中，一个核在进行 RMW 操作时，别的核试图对同样的地址也进行操作，这会导致 SC 指令执行的失败。

在IBM的那篇文章中，并没有说明SC是如何实现RMW是否有冲突的操作的。

在一般实现中，处理器有两个专门的域给LL和SC指令，即上文中的“不可见的bit位”以及保存ll操作地址的“寄存器”。

再LL之后，处理器会监测各种事件，当发生异常或者有别的处理器对该地址发了invalid请求时，会将不可见的bit位重置，从而导致后面的SC失败。

由于这样的bit位只有一位，存ll的寄存器也只有一个，因此，LL/SC无法实现嵌套，也即无法实现嵌套锁，这是程序员使用LL/SC所需要注意的。