与锁有关的操作
Acquire()：在进入临界区前调用-
Release()：在离开临界区后调用有的操作系统可能会用```Lock()/Unlock()```来代替 在
Acquire()和Release()之间，线程将一直占有这个锁。只有当占有锁的线程释放锁的时候，线程才能获得锁。Acquire()和Release()一定是成对出现的。
一个简单的锁的使用
应用在银行取款：
withdraw(account, amount) {
acquire(lock);
balance = get_balance(account);
balance = balance - amount;
put_balance(account, balance);
release(lock);
return balance;
}
锁可以是自旋的（a spinlock），也可以是阻塞的（a mutex）
那如何实现自旋锁呢？
- 实现一：
struct lock{
int held = 0;
}
void acquire(lock) {
while(lock->held);
lock->held = 1;
}
void release(lock){
lock->held = 0;
}
之所以被称为自旋锁，是因为线程在锁没有被释放的时候并不会进入睡眠状态，而是不停地检查锁是否被释放了。
但这样的实现是存在问题的。因为两个自旋中的线程可能同时发现held变成了0，而跳出循环。
- 实现一给我们的启示：
- 在实现一中
lock->held其实是一个新的共享变量，会带来新的临界区。这样无限循环，无法解决问题。 -
Acquire()和Release()操作必须是原子的。
那么又该如何实现原子操作呢？
我们需要硬件的支持：
- 一些原子的指令（如：test-and-set指令）
- test-and-set的语义：
①记录旧值
②将值设置为TRUE
③返回旧值
- 对应的代码（硬件原子地完成如下的工作）：
bool test_and_set (bool *flag) {
bool old = *flag;
*flag = TRUE;
return old;
}
- 这是由硬件自动实现的
- Swap/SCHG指令
void Swap (char* x,* y) { // All done atomically char temp = *x; *x = *y; *y = temp } - 使用Swap实现test-and-set
bool test_and_set (bool *flag) { bool X = TRUE; Swap(&X, &flag); return X; }
- 开关中断
- 对应代码：
```
structlock { };
void acquire (lock) {
disable interrupts;
}
void release (lock) {
enable interrupts;
}
```
- 开关中断在实际系统中是不具有可行性的。因为在实际系统中，只有kernel才有资格开关中断，而且随意开关中断也会导致很多严重的后果。所以只有在很高要求的同步才会使用中断。
- 在有多处理器时，关中断也是不足够的
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**根据上述实现的自旋锁**
根据test-and-set指令：
struct lock {
int held = 0;
}
void acquire(lock) {
while(test_and_set(&lock->held);
}
void release(lock) {
lock->held = 0;
}
- 只有当一开始```lock->held == 0```的时候才不会进入忙等
- 这在多处理器上也是可行的！
**因为同时只有一个CPU可以占有内存总线，只有一个CPU能够读到```lock->held == 0```的情况**
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**自旋锁存在的问题**
- 使用自旋锁会使得线程在占用CPU的时候，只是在不停地忙等而不做任何事情。所以是开销很大的。
- 解决方法：
- 没有锁就主动thread_yield()，来下CPU
- 没有锁就进入睡眠状态，直到可以的时候再上CPU
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**在锁的使用中可能存在如下问题：**
- 临界区可能很长，其他线程可能等待的时间很长，而且持有锁的线程随时可能下CPU。