在互斥锁中，处理器（CPU）如何知道要解锁哪个进程？

Posted 2023-02-16

【中文标题】在互斥锁中，处理器（CPU）如何知道要解锁哪个进程？

【英文标题】：In mutex,how the processor(CPU) know which process to unlock?

【发布时间】：2017-02-05 04:03:14

【问题描述】：

据我所知，锁定互斥锁的进程是必须解锁互斥锁的进程。我的疑问是 处理器如何知道要解锁哪个进程？是否有任何数据结构可以将特定进程（内部）的 pid（或）某些内容保存在 waitque 中？所以，处理器只能解锁特定进程。

请给予答复..这个问题在我的一次采访中提出。

【问题讨论】：

您是否询问内核如何调度等待互斥锁的线程/进程以运行自主“测试和设置”CPU 命令来尝试获取互斥锁？我不相信哪个线程将首先获得互斥锁有任何保证，因此可能有多种功能实现。

【参考方案1】：

获得互斥锁的线程/进程是代码中唯一向前移动的线程/进程。稍后在该线程的代码中应该释放互斥锁。没有互斥锁的其他线程/进程将等待它，因此在 1 个正在运行的进程到达互斥锁释放之前，它们既不会获取它也不会释放它。

【参考方案2】：

处理器如何知道要解锁哪个进程？

处理器什么都不知道；它只是盲目地执行已经提供给它的机器指令链。

另一方面，线程库经过精心设计，可以处理这类事情。此外，每个现代/多任务操作系统都包含一个线程调度程序，该线程调度程序在启动时加载到内存中，它管理哪些线程可以运行以及何时运行。它与线程库一起工作以正确处理锁定/解锁问题。

所以问题就变成了：当互斥锁被解锁时，操作系统软件如何知道接下来要唤醒哪个线程？

当然实际的实现会随着操作系统的不同而不同，但是从概念上你可以想象每个互斥对象都包含一个链表，当一个线程试图锁定一个已经被锁定的互斥对象时，线程会将自己添加到链表，然后告诉调度程序让它（线程）进入睡眠状态。

稍后，当互斥锁被解锁时，解锁例程将第一个休眠线程（如果有）从链表中弹出，将互斥锁的所有权重新分配给该线程，然后要求调度程序唤醒该线程尽快线程。

（警告：现实世界的实现可能会比这更复杂一些，因为它需要小心避免竞争条件并最大限度地提高性能，但我认为这让您了解如何完成它。请注意，在此示例实现中，线程将以先到先服务的方式获取互斥锁，即以它们调用 lock() 的相同顺序，但在许多实际实现中，不能保证该顺序，因此你不应该依赖它）

【讨论】：

感谢您的回复...我明白您所说的...当您提到“将互斥锁的所有权重新分配给该线程”时，您的实际意思是什么？ @杰里米弗里斯纳

@sravanthi 一次只有一个线程持有互斥锁；持有互斥锁的线程被称为互斥锁的所有者。当 lock() 在线程中返回时，可以保证该线程是互斥锁的所有者。因此，如果线程 B 在 lock() 内部等待，因为线程 A 是互斥锁的所有者，并且线程 A 对互斥锁调用 unlock()，此时线程 B 将成为互斥锁的所有者，线程 B 的 lock() call 将返回，以便线程 B 可以恢复执行。