进程同步互斥

临界区

• 每个进程中访问临界资源的那段代码

重点 进入临界区的四个准则

1. 互斥使用（Mutual Exclusion）：不能同时有两个进程在临界区内执行
2. 让权等待：等待进入临界区的进程，应释放处理机后阻塞等待
3. 有空让进：在临界区外运行的进程不可阻止其他进程进入临界区
4. 有限等待：不应使要进入临界区的进程无限期等待在临界区之外

软件实现方法

• Peterson 算法等

硬件实现方法

关中断

• 进入临界区前关中断，退出后开中断
• 缺点：不适用于多处理器系统（关中断只对当前 CPU 有效），且用户进程关中断风险高

Test-and-Set（TS）指令

• 硬件原子指令：读旧值 → 写新值（设为 1），两个操作不可分割
• 伪代码描述：

boolean TestAndSet(boolean *lock) {
    boolean old = *lock;
    *lock = true;   // 锁住
    return old;     // 返回原值
}

• 用于实现 自旋锁（Spin Lock）：

// 自旋锁的典型实现
while (TestAndSet(&lock) == 1)  // 若锁被占用，忙等循环
    ;
// 进入临界区
lock = 0;  // 释放锁

• 重点 忙等（Busy Waiting）：进程在等待锁时不断循环测试，CPU 空转，浪费处理机时间
  • 违背 ” 让权等待 ” 准则
  • 优点：无需上下文切换，在临界区执行时间很短时效率高

Swap 指令

• 交换两个变量的值，同样是硬件原子操作

void Swap(bool *a, bool *b) {
    bool temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

// 用 Swap 实现自旋锁
bool key = true;
while (key == true)
    Swap(&lock, &key);
// 进入临界区
lock = false;

信号量机制

• 参见 信号量