作業系統內的同步系統，都是使用原子操作實現的。原子操作又是如何實現的呢？
一般的作業系統書都是寫使用二值訊號量實現的。即用二值訊號量擋在原子操作的開始和結束，以保護原子操作不被打斷。這個是重要的理論依據，但並不能指導實踐。因為，二值訊號量其實就是對乙個標誌位置位，當然，在置位前必須測試一下二值訊號量。整個訊號量的獲取過程可以用偽**描述如下：
1. 如果 訊號量s 沒有被置位 那麼 置位訊號量s，訊號量獲取成功；
2. 否則，測試次數或時間到了沒有，如果沒有到則跳轉到步驟一繼續測試；
如果時間或者測試次數到達，則退出訊號量置位。訊號量獲取失敗。
大家仔細看這個過程，如果s是乙個變數的話，需要用if語句判斷一下s，然後再對s置位。不論怎麼說，這個過程都不可能用cpu的一條指令完成，需要很多指令組成，這也就是說，這個二值訊號量的獲取過程有可能被打斷。但理論上說整個執行過程應該是原子的，即不能被分割。我們來分析一下，都是什麼可以打斷這個原子過程。我們猜測可以打斷乙個原子過程的是：
1.中斷
2.其他執行緒
讓我們來分析一下：
1.中斷是肯定可以打斷這個過程的，如果沒有關閉中斷的話，正在置位的時候，就有可能被中斷。如果中斷裡面有對這個訊號量或標誌位有操作的話，那麼可以斷定，這個原子操作不原子了。那豈不是起不到二值訊號量的作用了？是啊，獲取訊號量的時候應該把中斷關了，這個排除這個干擾因素。
2.我們再來看看其他的執行緒，這個問題就相對中斷來講，理解起來比較困難。這至少分為三種情況，一種是cmp/smp的情況；一種是單cpu的情況；最後是asmp的情況。
我們先來看看單cpu的情況，作業系統執行在cpu上，所有的執行緒都執行在該cpu上；只有乙個cpu，那麼cpu的時間資源是輪流分給每個執行緒的。當乙個執行緒需要獲取乙個訊號量時，如果別的執行緒也獲取該訊號量，我們想一想，這種情況是不存在的。因為只有乙個cpu，同一時間只能執行乙個執行緒。必然是序列執行。但是存在這種情況，當第乙個執行緒正在獲取訊號量時，發生了執行緒切換，切換到乙個也獲取該訊號量的執行緒。那麼這個過程就變成不是原子的。那麼這個禁用執行緒切換就好了。各位看官不用著急下這個結論。我們需要考慮乙個問題，什麼情況下才能發生執行緒切換，其實對於單cpu的系統，無外乎兩大類的情況：一種是執行緒自己放棄執行，把cpu的執行權讓給別的執行緒；另外一種是被強迫放棄cpu的執行權。執行緒正在執行乙個原子操作(獲取訊號量)，怎麼可能主動放棄cpu的執行權呢?這是不可能的。外界強迫執行緒放棄cpu的執行權倒是有可能：
1.這個執行緒的時間片用完了，必須切換走；
2.中斷退出時，釋放了乙個更高優先順序的執行緒，直接排程到其他執行緒了，沒有回到本執行緒。
實際上這兩種情況都是一樣的，作業系統的時間片是靠中斷計時的。而其他中斷有可能釋放更高優先順序別的任務。分析來分析去，原來發生執行緒切換，也是cpu的中斷引起的，那麼，對於這種情況關中斷就好了。
我們再看看cmp/smp的情況，cmp和smp的情況比較複雜，首先全部的cpu上只執行了乙個作業系統，否則不能視為cmp/smp。假設有兩個cpu的系統，a cpu執行a執行緒，而b cpu執行b執行緒，兩個同時獲取乙個訊號量。這時候關中斷肯定是不奏效的。因為a執行緒只能關閉a cpu的中斷，就算cmp上a 執行緒可以關閉a、b cpu的中斷，但並不能阻止b cpu對b執行緒的執行。更不能阻止b執行緒與a 執行緒競爭訊號量。那怎麼辦？辦法總比問題多：
這裡就採用了乙個很簡單的方法，利用一條cpu的指令完成測試和置位。一條cpu指令，要麼是執行，要麼是不執行，所以必定是原子的。什麼樣的指令才是原子的呢？其實不同cpu架構下有不同的指令，這裡就介紹乙個絕大部分cpu下都有的一條指令，記憶體與暫存器交換指令 xchg。分析如下偽**：
flag = false
reallocate:
xchg s, flag
if (flag == true)
獲取到訊號量
else
沒有獲取的訊號量
goto reallocate
end if
想象一下，s的初始值為true，如果兩個執行緒先後執行了xchg指令，第乙個執行緒將ture與s值交換，並將s置為false，獲取到訊號量；另外乙個任務用false只能換到false，所以它不能獲取到訊號量。從而實現了鎖。如果多個cpu同時執行交換指令，一般來說，記憶體控制器會進行仲裁，只有乙個cpu能成功交換，其它都不能成功交換。
這個鎖在linux下稱為自旋鎖。自旋的意思是，這段**是忙等的，即cpu的時間不能讓給其他執行緒執行。有些童鞋可能想了，這多浪費，應該讓給其他執行緒執行， ：） 其實這個問題也比較複雜，因為作業系統切換執行緒是需要時間的，如果自旋鎖浪費的cpu時間比兩次執行緒切換出去，切換回來的時間還短，那麼，應該選擇自旋鎖。不應該將cpu時間讓出去，否則那是更奢侈的浪費!!!看來，smp/cmp的情況下，鎖的實現方式就有了變化，必須使用一條cpu的指令完成，一般實現的都是忙等。
最後，我們來看看asmp的情況，asmp的話實際上有幾個cpu就跑著幾個相同的作業系統，作業系統之間通過多口ram或著其他的通訊方式通訊。如cmp/smp一樣，a cpu關了中斷並不能影響b cpu的中斷。能不能通過一條指令完成原子操作呢？也是不行的，因為cpu的型號不一樣，同一條指令的執行時間也不一樣。想象一下，乙個慢速的cpu測試成功了鎖，當他寫入的時候，時間較長，在其沒寫入成功時，另外乙個cpu就成功交換了。顯然也不能實現這樣的原子操作。最重要的，如果整個asmp系統中根本就沒有用多口ram實現通訊，那麼也就無法實現xchg指令，更不要談能不能交換成功了。所以這個方法從通用的角度來講，不現實。乙個比較好的辦法是，採用c/s的思路，整個asmp系統有乙個主cpu，如果其他cpu要獲取全域性鎖，利用通訊到主cpu上去仲裁，主cpu去判斷了。這樣，就轉化為乙個cpu上多個執行緒競爭訊號量的問題了。
稍作總結：
單cpu實現鎖是採用關閉中斷的方式；
cmp/smp實現全域性鎖採用自旋鎖+關閉中斷的方式；如果只和本cpu同步，那麼就關中斷好了；如果只和其他cpu同步，採用自旋鎖就可以了；
asmp下實現全域性鎖只需要關閉中斷即可。
作業系統中不同的鎖
鎖是執行緒同步時的乙個重要的工具，然而作業系統中包含了多種不同的鎖，各種鎖之間有什麼不同呢？1 訊號量 semaphore 訊號量分為二元訊號量和多元訊號量，所謂二元訊號量就是指該訊號量只有兩個狀態，要麼被占用，要麼空閒 而多元訊號量則允許同時被n個執行緒占有，超出n個外的占用請求將被阻塞。訊號量是...
作業系統中的鎖的分類
參考 作業系統中的鎖分為兩大類 悲觀鎖和樂觀鎖。1.悲觀鎖 悲觀鎖，pessimistic lock，即這種鎖的 想法 很悲觀 方法執行如果不加鎖就會出事，所以操作必須上鎖，乙個乙個的來。其中重量級鎖 自旋鎖和自適應自旋鎖屬於悲觀鎖。當進入乙個同步 執行緒安全的方法時，需要先獲得該方法的鎖，而退出這...
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 ...