lock in OS

Posted 2020-11-27 xinfangzhang

 

大意：

class Lock {
    acquire(val){
        if(val==0){
            val = 1;
            return false;
        }else{
            return true
        }
    };

    release(val){
        val = 0;
    };
}

let lock = new Lock();

let val =0;

let checkLock = lock.acquire(val)
　　while(checkLock){
　　　　//do nothing and wait;
　　};
　　//run your code
lock.release(val);

 

       所谓的锁，本质上只是内存中的一个整形数，不同的数值表示不同的状态，比如1表示空闲状态和加锁状态。加锁时，判断锁是否空闲，如果空闲，修改为加锁状态，返回成功，如果已经上锁，返回失败，解锁时，就把锁状态修改为空闲状态。
       加锁和解锁看起来都很简单，但是os是怎么保证锁操作本身的原子性呢？ 在多核环境中，两个核上的代码同时申请一个锁，两个核同时读取锁变量，同时判断锁是空闲的，再各自修改锁变量为上锁状态，都返回成功，这样两个核同时获取到了锁， 这种情况可能吗？ 当然是不可能的，那么os是通过什么手段来保证锁操作本身的原子性的呢？我们可以把上锁的过程具体表示为：

1. 读内存表示锁的变量
2. 判断锁的状态
3. 如果已经加锁，返回失败
4. 把锁设置为上锁状态，
5. 返回成功
         上面的每一个步骤都对应一条汇编语句，可以认为这每一步操作都是原子的，什么情况会导致两个线程同时获取到锁？

• 中断： 当线程A执行完第一步后，发生了中断，os调度线程B，线程B也来加锁并且加锁成功，此时又发生中断，OS调度线程A执行，从第二步开始，也加锁成功。
• 多核： 见上面例子。
  那么怎么解决呢？ 能不能让硬件做一种加锁的原子操作呢？ 大名鼎鼎的“test and set”指令就是做这个事情的，该指令将读取内存、判断和设置值作为一个原子操作。单核环境下，锁的操作肯定是原子性了，多核呢？貌似还是不行，因为多个核心他们的锁操作是没有干扰的，都能够同时执行“test and set”，还是会出现两个线程同时获取到锁的情况， 所以硬件提供了锁内存总线的机制，在锁内存总线的状态下执行“test and set”操作就可以保证一个只有一个核执行成功，也就保证了不会存在多线程获取到锁的情况。