ماشینهای همزمانی با روالهای نرم افزاری در سطح کاربر ساخته شده اند که آن استنادی است که دستورات همزمانی موجود در سخت افزار.
برای چند پردازنده های کوچکتر یا وضعیت رقابتی پایینتر،قابلیت کلید سخت افزاری در یک دستور بی‌وفقه یا ترتیب و توالی دستور در بازیابی ذره وار(اتمیک) و تغییر یک مقدار است و مکانیزم همزمانی نرم افزاری این توانایی را می سازد در این بخش ما روی پیاده سازی عملیات همزمانی،باز کردن و قفل کردن تمرکز می کنیم.
Locl وunlock می توانند بطور مستقیم در یک ممانعت متقابل بکار روند،همچنین در بکار بردن مکانیزمهای همزمانی پیچیده تر.
در یک مقیاس بزرگتر در چند پردازنده ها یا در وضعیت رقابتی بالاتر،همزمانی کارائی بیشتری را دارد چون رقابتهای بیشتر تأخیرهای اضافی را بوجود می آورد ما در اینجا بحث می کنیم که چگونه مکانیزمهای همزمانی اولیه روی تعداد،بیشتری از پردازنده گسترش می یابد.
اسانس سخت افزار اولیه
در قابلیت کلید ما مستلزمیم همزمانی را در یک چند پردازنده که مجموعه ای از سخت افزارهای اولیه با قابلیت خواندن ذره وار و یک مکان یابی حافظه است را اجرا کنیم بدون چنین قابلیتی هزینه ساخت همزمانی اولیه خیلی بیشتر خواهد بود و تعداد پردازنده ها افزایش خواهد یافت تعدادی قاعده دستورسازی برای سخت افزار اولیه وجود دارد که در جهت بهبود قابلیت خواندن ذره وار و مکان یابی مناسب استفاده می شود و با چند راه می توان خواندن و نوشتن ذره وار را بیان کرد. این سخت افزار اولیه اساس ساخت بلوکهایی است که در انواعی از عملیات همزمانی سطح کاربر استفاده می شود و همچنین شامل قفلها و مانع هاست.
بطور کلی در این معماری نمی توان انتظار داشت که کاربران روی سخت افزار اولیه کار کنند اما در عوض انتظار می رود که از سیستمهای برنامه نویسی برای ساخت یک کتابخانه همزمانی استفاده شود که معمولاً یک پردازش پیچیده است.
حال بحث را با یک سخت افزار اولیه و چگونگی عملیات همزمانی برای آن شروع می کنیم یکی از انواع عملیات همزمانی مبادله اتمی (atomic exchanye) است که ارزش یک رجیستر را با حافظه عوض می کند حال ببینیم چگونه از این عملیات همزمانی استفاده کنیم. فرض می کنیم که می خواهیم یک قفل ساده بسازیم و در آن با ارزش 0صفر نشان می دهیم که قفل آزاد است و با 1 نشان می دهیم که غیر قابل استفاده است در رجیستر و حافظه آدرس مطابق قفل است دستور emchanye 1 را برمی گرداند اگر پردازنده قبلاً دستیابی شده و در غیر اینصورت 5 را برمی گرداند. در حالت دیگر آن مقدار با 1 تغییر می کند و با حصول0 صفر از هر تغییری جلوگیری می کند. بطور مثال فرض می کنیم دو پردازنده داریم که هر یک تلاش می کند همزمانی را عوض کند این رقابت وقتی تمام می شود . که یکی از پردازنده ها تغییر را انجام می دهد و 0 را برگرداند و در اینصورت پردازنده دوم 1 را باز خواهد گرداند آن کلید از مبادله اولیه برای اجدا کردن همزمانی در عملیات اتمیک استفاده می کند. آن مبادله غیرقابل تقسیم است و دو مبادله همزمان با نوشتن مکانیزمهای پشت سرهم (سریالی ) مرتب می شود.
تعداد دیگر از اتمیک های اولیه وجود دارد که در انجام همزمانی بکار برده می شود و همه آنها قابلیت خواندن و update کردن حافظه دارند و همچنین وضعیتی که می گوید آیا دو عملیات به صورت ذره وا انجام می شود یا نه.
در حال حاضر یکی از عملیاتی که در چند پردارنده های قدیمی استفاده می شود تست کردن و نشاندن است (test-and-set) که یک مقداررا تست می کند و اگر آن مقدار توسط آن تست تصویب شد آن را قرار می دهد. برای مثال ما می توانیم عملیاتی را تعریف کنیم که برای 0 تست شده و در آن ارزش 1 قرار گرفته.نوع دیگر از همزمانی اتمیک او fetch a increment است که ارزش محل حافظه و افزایش ذره ای را برمیگرداند وجود 0 نشان می دهد که متغیر همزمانی مطالبه نشده و ما می توانیم از fe tch a increment فقط در مبادله استفاده کنیم کاربردهای دیگری از عملیات وجود دارد مشابه fetch a increment که مختصراً به آنها خواهیم پرداخت. دستورات بی وقفه در اجرای عملیات حافظه اتمیک،زمانیکه به هر دو حافظه خواندنی و نوشتنی نیاز است یکسری رقابتها را مطرح می کند. پیچیدگی که در کاربرد آن است مربوط به زمانیست که سخت افزار هیچ عملیات دیگری را در بین خواندن و نوشتن نمی تواند انجام دهد و منجر به بن بست می شود.
یک تبدیلی در یک جفت دستور است زمانیکه دومین دستور ارزشی را برمی گرداند و می توان نتیجه گرفت که اگر اتمیک بود آیا آن جفت دستور اجرا می شد و زمانی آن جفت دستور مؤثر هستند که هیچ پردازنده دیگری ارزش را در بین آن جفت دستور تغییر ندهد.
این جفت دستور یک load ویژه است که lood locked , load linked را شامل می شود و دستور دیگر یک store ویژه است که store conditianad نامیده می شود این دستورات بترتیب استفاده می شوند:اگر محتویات مکان حافظه با load liaked مشخص شود آن قبل از دستور store condionad که با آدرس یکسان رخ داده تغییر پیدا می کند. پس دستور store شرطی از بین می رود و اگر پردازنده یک سوئیچ میان آن دو دستور انجام دهد باز هم store شرطی از بین می رود.