作業系統專案鎖

為了作業系統專案，研讀了一下operating systems: three easy pieces中關於鎖的那一章，記錄筆記！

首先要明確，成為乙個鎖所需具備的條件有：

1.提供互斥功能

2.程序排程公平

3.使用鎖時的效能

下面看一下關於鎖的實現的迭代過程

void lock() 
void unlock()

是用在單處理器作業系統中的，乙個程序在執行就禁止其他程序來打斷。很簡單，但是缺點也很多：

1.若貪心程式或惡意程式佔著鎖不放，唯一能做的就是重啟系統了；

2.不適用於多處理器系統，不同程序執行在不同cpu上，若程序1和程序2都想進入同乙個臨界區，cpu1上的程序1禁用了中斷，但cpu2上並沒有被禁用，還是可以進入臨界區；

3.長時間禁止中斷，可能會丟失中斷現場；

4.效率低下。

typedef struct __lock_t  lock_t; 
void init(lock_t *mutex) 
void lock(lock_t *mutex) 
void unlock(lock_t *mutex)

現在假設程序1進入了臨界區，占用了鎖。程序2此時也想進入臨界區，只能在while迴圈中等待，直到程序1呼叫unlock把標誌置為0，才跳出迴圈，進入臨界區。

這種方法不能正確提供互斥功能，在效率上也不高。

1.互斥功能

從flag=0開始。程序1呼叫lock，在跳出迴圈，還沒有把flag寫成1的那一刻，被程序2打斷；程序2呼叫lock()，把flag寫為1，返回中斷；程序1繼續把flag寫為1，這樣兩個程序都進入臨界區了。

2.效率

cpu一直在執行迴圈，其他什麼事也做不了。

int testandset(int *old_ptr, int new) 
typedef struct __lock_t lock_t; 
void init(lock_t *lock) 
void lock(lock_t *lock) 
void unlock(lock_t *lock)

為什麼叫test and set呢，是因為讓你在set新值的時候可以test一下舊值！（注意：testandset是屬於硬體支援，以原子方式執行，這裡只是通過c語言**片段去解釋testandset的作用。）

從flag=0開始，程序1呼叫lock()，首先獲取到舊值為0，再把新值1賦給標誌變數，把舊值0返回，這樣程序1就占用了鎖。程序2想要獲取鎖，拿到的舊值是1，就會一直迴圈等待。

注意在單處理器作業系統中，自旋鎖需要搭配搶占式的排程程式使用，不然的話單處理器會一直沉迷迴圈，無法自拔。

1.滿足提供互斥功能

2.無法保證公平性（如果乙個程序一直佔著鎖不放，會出現飢餓現象）

3.在單處理器系統下效率極低；在程序數和cpu數相同的情況下，效率還可以接受

typedef struct __lock_t  lock_t;
void lock_init(lock_t *m) 
void lock(lock_t *m) 
else 
} void unlock(lock_t *m)

在程序排程公平性方面，在此處通過等待佇列來控制下乙個獲取鎖的程序，以此避免了飢餓現象；在效能方面，一套操作做完了就把m->guard置零，cpu不會一直被自旋鎖占用，但是無法完全避免自旋，如果你當前一整套拿鎖的操作還沒做完，就被另乙個程序打斷了的話，那個來打斷的程序還是會在那裡自旋的。

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