操作系统中锁的实现(阿里巴巴面试被虐题：cpu是怎么实现锁的)
在多线程编程中，为了保证数据操作的一致性，操作系统引入了锁机制，用于保证临界区代码的安全。通过锁机制，能够保证在多核多线程环境中，在某一个时间点上，只能有一个线程进入临界区代码，从而保证临界区中操作数据的一致性。
所谓的锁，说白了就是内存中的一个整型数，拥有两种状态：空闲状态和上锁状态。加锁时，判断锁是否空闲，如果空闲，修改为上锁状态，返回成功；如果已经上锁，则返回失败。解锁时，则把锁状态修改为空闲状态。
看起来很简单，大家有没有想过，OS是怎样保证这个锁操作本身的原子性呢？举个例子，在多核环境中，两个核上的代码同时申请一个锁，两个核同时取出锁变量，同时判断说这个锁是空闲状态，然后有同时修改为上锁状态，同时返回成功。。。两个核同时获取到了锁，这种情况可能吗？废话，当然是不可能，可能的话，我们使用锁还有啥意义。但是，咦？等等，虽然我知道肯定不可能，但是你刚才说的貌似还有点道理，看来OS实现这个锁还不是看起来这么简单，还是有点道道的。
为了弄明白锁的实现原理，我们首先看看如果OS不采用任何其他手段，什么情况下会导致上锁失败？假如我们把加锁过程用如下伪码表示：
1、read lock；
2、判断lock状态；
3、如果已经加锁，失败返回；
4、把锁状态设置为上锁；
5、返回成功。
明白汇编的同学一看就明白上述每一步都能对应到一条汇编语句，所以我们可以认为每一步本身是原子的。
那么什么情况能够导致两个线程同时获取到锁呢？
1、中断：假设线程A执行完第一步，发生中断，中断返回后，OS调度线程B，线程B也来加锁并且加锁成功，这时OS调度线程A执行，线程从第二步开始执行，也加锁成功。
2、多核：当然了，想想上面举的例子，描述的就是两个核同时获取到锁的情况。
既然明白锁失败的原因，解决手段就很明确了：
先考虑单核场景：
1、既然只有中断才能把上锁过程打断，造成多线程操作失败。我先关中断不就得了，在加锁操作完成后再开中断。
2、上面这个手段太笨重了，能不能硬件做一种加锁的原子操作呢？能，大名鼎鼎的“test and set”指令就是做这个事情的。（怎么，test and set是干什么的？同学，看来你上课时不够专心啊，赶紧回头复习复习）
通过上面的手段，单核环境下，锁的实现问题得到了圆满的解决。那么多核环境呢？简单嘛，还是“test and set”不就得了，这是一条指令，原子的，不会有问题的。真的吗，单独一条指令能够保证该指令在单个核上执行过程中不会被中断打断，但是两个核同时执行这个指令呢？。。。我再想想，硬件执行时还是得从内存中读取lock，判断并设置状态到内存，貌似这个过程也不是那么原子嘛。对，多个核执行确实会存在这个问题。怎么办呢？首先我们得明白这个地方的关键点，关键点是两个核会并行操作内存而且 从操作内存这个调度来看“test and set”不是原子的，需要先读内存然后再写内存，如果我们保证这个内存操作是原子的，就能保证锁的正确性了。确实，硬件提供了锁内存总线的机制，我们在锁内存总线的状态下执行test and set操作，就能保证同时只有一个核来test and set，从而避免了多核下发生的问题。
总结一下，在硬件层面，CPU提供了原子操作、关中断、锁内存总线的机制；OS基于这几个CPU硬件机制，就能够实现锁；再基于锁，就能够实现各种各样的同步机制（信号量、消息、Barrier等等等等）。所以要想理解OS的各种同步手段，首先需要理解本文介绍的内容，这时最原点的机制，所有的OS上层同步手段都基于此。
希望介绍清楚了：），祝各位同学学习愉快！
操作系统中锁的实现(阿里巴巴面试被虐题：cpu是怎么实现锁的)相关推荐
- 五面阿里拿下飞猪事业部offer，新鲜出炉阿里巴巴面试真题
真正的春暖花开又回来了,时不时的可以和朋友约个饭,感慨今年的工作竞争压力很大,工作很不好找.作为一个开发人员,你是否面上了理想的公司,拿到了理想中的薪资? 作为程序员,跳槽就是最好的涨薪方式.前提当然 ...
- 史上最强多线程面试44题和答案：线程锁+线程池+线程同步等
最全BAT必考题答案系列 最全MySQL面试60题和答案 史上最全Spring面试71题与答案 史上最全Redis面试49题(含答案):哨兵+复制+事务+集群+持久化等 分布式缓存Redis+Memc ...
- synchronized不能锁静态变量_面试官：请说一下对象锁和类锁的区别
有锁才有自由 生活中不存在绝对的自由,绝对的自由通常对应的无序和混沌,只有在道德.法律.伦理的约束下的相对自由,才能使人感受到自由. 而在多线程编程中,锁是至关重要的,锁就是道德,就是法律约束,没有锁 ...
- 面试被虐题— 谨以此致，mark一个悲惨的下午
BGM 昨天去一家公司面试,被面试官从技术层面虐翻.谨以此致mark自己的不足. 废话少说,开虐!!! 1, 手写两个超大数相加 注: 两个数的位数超出计算机系统的int值内存范围. 过程: 大体的思 ...
- #737. 徐老师的字符串（微软和阿里巴巴面试原题改编）
说明 徐老师最近做了一道题:求每个字母最多只出现一次的最长子串 他觉得这道题还不够有趣,于是他想到一个新题目: 对于一个字符串,求每个字母出现次数为偶数的最长子串 现在他用这道题来考考你,请找出这个最 ...
- 史上最全Redis面试49题(含答案):哨兵+复制+事务+集群+持久化等
最全面试题答案系列 史上最强多线程面试44题和答案:线程锁+线程池+线程同步等 最全MySQL面试60题和答案 史上最全memcached面试26题和答案 史上最全Spring面试71题与答案 今天主 ...
- Java经典基础与高级面试36题和答案
在Java面试的首轮,经常会问很多关于Java面试基础以及高级的问题,今天收集相关Java面试36题和答案分享出来. 1."static"关键字是什么意思?Java中是否可以覆盖( ...
- 史上最全Spring面试71题与答案
1.什么是spring? Spring是个java企业级应用的开源开发框架.Spring主要用来开发Java应用,但是有些扩展是针对构建J2EE平台的web应用.Spring框架目标是简化Java企业 ...
- 有个疑问--RTOS系统中，低优先级任务什么时候得到cpu去运行
在操作系统中,低优先级任务想要得到cpu使用权,是建立在高优先级任务遇到阻塞语句的前提下,比如等待事件标志.等待消息.等待信号量.遇见延迟函数等 而在低优先级任务执行过程中,高优先级任务在干什么,或者 ...
最新文章
- Windows窗口的建立
- 重磅~ 深度学习中的图像分割：方法和应用
- 在报No suitable driver found for jdbc:mysql情况下，我是如何一步一步实现jmeter成功连接mysql...
- 2019-10-20 莉萨如（Lissajous）曲线演示工具
- LODOP打印table表格宽度固定-超宽隐藏
- 解决SVN提示https证书验证失败问题svn: E230001: Server SSL certificate verification failed: certificate issued
- java 计算器 junit测试_Java中Junit4测试实例
- shell unset之后数组元素个数为_PHP删除数组中指定值的元素的方法
- C#using static
- 手把手教你如下在Linux下如何写一个C语言代码，编译并运行
- 在CentOS7上安装和使用ZooKeeper最新版本（V3.4.12）
- java中13%(-3)_Java面试题汇总（十三）《算法分析及手写代码661-675》
- Thingsboard 3.1.0 - 规则链：外部结点REST API
- Spring【三】容器与Bean扩展点
- 【Linux】Infiniband 驱动安装---(HCA光钎)---mlnx
- 【JVM基础】垃圾回收算法详解（引用计数、标记、清除、压缩、复制）
- OPENCV CV_64FC1含义
- Azure Key Vault 简介
- 蓝桥杯 2014-5 圆周率
- 读书笔记21：解释器模式