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并发编程系列：谈谈锁的实现机制

最近读了《Operating Systems: Three Easy Pieces》一书，全书主要围绕虚拟化、并发和持久化这三个主题展开，其中并发部分中介绍锁的章节，行文风趣幽默，写得非常精彩。文中介绍了多种实现锁的方案，以及各种锁的适用场景和优缺点。本文基于该书中锁章节，以一个gopher的角度去分享、拓展书中介绍的锁，并尽量使用Go实现书中介绍的几款自旋锁。

锁的基本思想

锁(lock)的目的是给临界区(Critical Section)加上一层保护，以保证临界区中代码能够像单条原子指令一样执行。临界区指的是一个访问共享资源的程序片段，比如对全局变量的访问、更新。在Linux系统中保护临界区的机制除了锁之外，还有信号量，屏障，RCU等手段。

锁本质是一个变量，我们通过lock()和unlock()这两个语义函数来操作锁变量。当线程准备进入临界区时候，会调用lock()尝试获取锁，当该锁状态是未上锁状态时候，线程会成功获取到锁，从而进入到临界区，如果此时其他线程尝试获取锁而进入临界区，会阻塞或者自旋。获取锁并进入临界区的线程称为锁的持有者，当锁持有者退出临界区时候，调用unlock()来释放锁，那么阻塞等待的其他线程继续开始竞争这个锁。下面是获取锁和释放锁的代码示例：

lock_t mutex;
lock(&mutex); // 加锁
balance = balance + 1; // 临界区资源
unlock(&mutex); // 释放锁

并发编程系列：开篇

本文是并发编程系列博文的开篇。笔者将打算写一系列并发编程相关的博文。下面是具体索引，方便大家查看：

  • 并发编程系列：谈谈锁的实现机制

    • 介绍锁的几种实现机制，自旋锁，两阶段锁，读写锁，混合空间锁等知识

  • 并发编程系列：死锁

    • 介绍死锁的定义，死锁产生的原因，以及几种解决死锁的方案（活锁、银行家算法、乐光并发控制等）。
    • 以哲学家就餐问题为示例实现几种避免死锁的方案。

  • 并发编程系列：无锁编程之栈

    • 介绍CAS原子操作，并以此实现无锁并发安全的栈。介绍CAS存在的ABA问题，以及解决办法。
    • 介绍如何使用指数退避栈解决栈顶争用严重问题

  • 并发编程系列：无锁编程之队列

    • 介绍有界部分队列，无界完全队列这两种类型队列。

  • 并发编程系列：无锁编程之ring buffer

    • 介绍ring buffer, 以及MPMC、MPSC、SPMC、SPSC等模型的ring buffer无锁版本实现

  • 并发编程系列：无锁编程之优先级队列

    • 介绍优先级队列概念
    • 基于锁实现和无锁实现的优先级队列

  • 并发编程系列：缓存一致性协议、内存屏障

Nasm使用教程：基于X86编程教学

原文：NASM Tutorial

第一个程序

在了解 nasm 之前，让我们确保你可以输入和运行程序。确保 nasm 和 gcc 都已安装。根据你的机器平台，将以下程序之一保存为 hello.asm。然后根据给定的说明运行程序。

如果你使用的是基于 Linux 的操作系统：

; ----------------------------------------------------------------------------------------
; Writes "Hello, World" to the console using only system calls. Runs on 64-bit Linux only.
; To assemble and run:
;
;     nasm -felf64 hello.asm && ld hello.o && ./a.out
; ----------------------------------------------------------------------------------------

          global    _start

          section   .text
_start:   mov       rax, 1                  ; system call for write
          mov       rdi, 1                  ; file handle 1 is stdout
          mov       rsi, message            ; address of string to output
          mov       rdx, 13                 ; number of bytes
          syscall                           ; invoke operating system to do the write
          mov       rax, 60                 ; system call for exit
          xor       rdi, rdi                ; exit code 0
          syscall                           ; invoke operating system to exit

          section   .data
message:  db        "Hello, World", 10      ; note the newline at the end
  • 分类于 编程语言
  • 需要 6 分钟阅读时间

CGO使用指南

Go 提供一个名为C的伪包(pseudo-package)用来与 C/C++ 语言进行交互操作，这种Go语言与C语言交互的机制叫做 CGO。通过 CGO 我们可以在 Go 语言中调用 C/C++ 代码，也可以在 C/C++ 代码中调用Go语言。CGO 本质就是 Go 实现的 FFI（全称为Foreign function interface，用来描述一种编程语言编写的程序可以调用另一种编程语言编写的服务的机制）解决方案。

当 Go 代码中加入import C语句来导入C这个不存在的包时候，会启动 CGO 特性。此后在 Go 代码中我们可以使用C.前缀来引用C语言中的变量、类型，函数等。启动 CGO 特性时候，需要确保环境变量 CGO_ENABLED 值是1，我们可以通过go env CGO_ENABLED查看该环境变量的值，通过go env -w CGO_ENABLED=1用来设置该环境变量值。

序言

我们可以给import C语句添加注释，在注释中可以引入C的头文件，以及定义和声明函数和变量，此后我们可以在 Go 代码中引用这些函数和变量。这种注释称为 序言(preamble) 。需要注意的是 序言和import C语句之间不能有换行，序言中的静态变量是不能被Go代码引用的，而静态函数是可以的。

package main

/*
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

static void myprint(char* s) {
  printf("%s\n", s);
}
*/
import "C"
import "unsafe"

func main() {
    cs := C.CString("hello world")
    C.myprint(cs)
    C.free(unsafe.Pointer(cs))
}

Go 开发中我一定会用到的 7 种代码模式

原文：7 Code Patterns in Go I Can’t Live Without

代码模式使你的程序更可靠、更高效，并使你的工作和生活更轻松

我已经为开发EDR解决方案工作了7年。这意味着我必须编写具有弹性和高效性的长时间运行的系统软件。我在这项工作中大量使用 Go，我想分享一些最重要的代码模式，你可以依靠这些模式你的程序更加可靠(reliable)和高效(efficient)。

使用Map实现Set

我们经常需要检查某些对象是否存在。例如，我们可能想检查之前是否访问过某个文件或者URL。在这些情况下，我们可以使用map[string]struct{}。如下所示：

使用空结构 struct{} 意味着我们不希望Map的值占用任何空间。有些人会使用 map[string]bool，但基准测试表明 map[string]struct{} 在内存和时间上都表现得更好。相关基准测试可以查看这里。

k8s环境下部署grpc的几种方案

笔者前段时间负责所在广告部门的ssp系统核心的几个grpc服务由虚拟机部署迁移到k8s环境下的技术方案设计与实施。本篇博文就专门介绍下k8s环境的部署grpc几个方案。这里面不涉及具体实施细节。我们k8s环境是采用华为云的k8s集群服务，我们ssp系统都是go语言开发的，这里面的grpc专指grpc-go。

容器是微服务的基石，可以做到每个服务快速autoscale，但随之带来的是服务的消亡是任意不定的，服务如何能够被调用方找到的难题。为了解决这个问题，就需要系统支持服务的注册和服务的发现。对于grpc来说，就是服务提供者grpc server会部署到多个k8s的Pod上，Pod的创建和消亡是任意时刻，不可预测，那就需要有一套机制能够发现grpc server所有Pod的端点信息，保证调用方(grpc client)能够及时准确获取服务提供方信息。所以grpc部署在k8s的方案也必要解决服务的注册和服务的发现。

此外调用方(grpc client)会维持grpc长连接，以及grpc底层使用HTTP/2协议，负载均衡不同与http和tcp，这一点在设计方案时候，也需要特别关注。

k8s service直连

K8s service是一个命名负载均衡器，它可以将流量代理到一个或多个Pod（这里面的service指的是ClusterIP类型的service)。grpc-go可以通过拨号直连到service，让service进行服务发现和负载均衡处理。

k8s service直连方案部署和开发简单，Pod扩容和缩容都可以及时感知。但是由于service负载均衡工作在4层，无法识别7层的HTTP/2协议，会导致负载均衡不均匀的问题。

探索Prometheus Go客户端指标

原文是 Exploring Prometheus Go client metrics，有删改。

在这篇文章中，我将探索下Prometheus Go 客户端指标，这些指标由client_go通过promhttp.Handler()暴露出来的。通过这些指标能帮助你更好的理解 Go 是如何工作的。

想对Prometheus了解更多吗？你可以去学习下Monitoring Systems and Services with Prometheus，这是一门很棒的课程，可以让你快速上手。

让我们从一个简单的程序开始，它注册prom handler并且监听8080端口：

package main

import (
    "log"
    "net/http"

    "github.com/prometheus/client_golang/prometheus/promhttp"
)

func main() {
    http.Handle("/metrics", promhttp.Handler())
    log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}
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  • 需要 5 分钟阅读时间

Go语言中调用time.Now()时有没有发生系统调用?

在探究“Go语言中调用time.Now()时有没有发生系统调用?”这个问题之前，我们先复习下什么是系统调用。

什么是系统调用？

系统调用(system call)指的是运行在用户空间的程序向操作系统内核请求具有更高权限的服务。究竟是哪些服务呢?这些服务指的是由操作系统内核进行管理的服务，比如进程管理，存储，内存，网络等。以打开文件为例子，用户程序需要调用open和read这两个系统调用，在c语言中要么使用libc库实现（底层也是系统调用），要么直接使用系统调用实现。

Linux系统中为什么一定要经过系统调用才能访问特资源呢，难道就不能在用户空间完成调用访问功能吗？之所以这么设计是考虑到系统隔离性，提高系统安全性和容错性，避免恶意攻击。操作系统把CPU访问资源的安全级别分为4个级别，这些级别称为特权级别（privilege level），也称为CPU环（CPU Rings）。在任一时刻，CPU都是在一个特定的特权级下运行的，从而决定了什么可以做，什么不可以做。这些级别可以形象的考虑成一个个圆环，里面是最高特权的Ring0，向外依次是Ring1，Ring2，最后是最低特权的Ring3。当发生系统调用时候，应用程序将会从应用空间进入内核空间，此时特权级别会由Ring3提升到Ring0，应用程序代码也会跳到相关系统调用代码处执行。