进程互斥的硬件实现方法

进程互斥的硬件实现方法

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一、中断屏蔽方法

利用“开/关中断指令"实现（与原语的实现思想相同，即在某进程开始访问临界区到结束访问为止都不允许被中断，也就不能发生进程切换，因此也不可能发生两个同时访问临界区的情况）。

• 优点：简单、高效
• 缺点：不适用于多处理机；只适用于操作系统内核进程，不适用于用户进程（因为开/关中断指令只能运行在内核态，这组指令如果能让用户随意使用会很危险）

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二、TestAndSet 指令（TestAndSetLock 指令 / TS 指令 / TSL 指令）

——理解：

• TS 函数返回的是修改 lock 之前的值，即 old。

• 如果先前已被上锁，while 循环陷入死循环，等待临界区代码（另一个进程的临界区代码）执行完并修改为 false。

• 如果先前未被上锁，那么 TS 返回 false ，while 循环被跳过，且此时 lock 已被修改为上锁。

• 用指针传递参数是因为值传递的函数并不能改变同一变量，需要地址传递实现对同一变量的控制。

（备注：硬件实现，以下仅为用 C 语言描述的逻辑参考，实际并非 C 语言实现）

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相比软件实现方法， TSL 指令把“上锁”和“检查”操作用硬件的方式变成了一气呵成的原子操作。

• 优点：实现简单，无需像软件实现方法那样严格检查是否会有逻辑漏洞；适用于多处理机环境

• 缺点：不满足“让权等待”原则，暂时无法进入临界区的进程会占用 CPU 并循环执行 TSL 指令，从而导致“忙等”

  （某种程度上，大部分while的锁都不满足“让权等待”原则）

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三、Swap 指令（Exchange 指令 / XCGH 指令）

（备注：硬件实现，以下仅为用 C 语言描述的逻辑参考，实际并非 C 语言实现）

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• 优点：实现简单，无需像软件实现方法那样严格检查是否会有逻辑漏洞；适用于多处理机环境
• 缺点：不满足“让权等待”原则，暂时无法进入临界区的进程会占用 CPU 并循环执行 TSL 指令，从而导致“忙等”

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