本年度第 10 次操作系統(tǒng)成員會議開始啦！
一月一度的會議旨在讓大家互相交流，解決最近在工作中出現(xiàn)的問題佃蚜，以提高整個計算機(jī)系統(tǒng)的工作效率。因?yàn)橛嬎銠C(jī)硬件在飛速發(fā)展着绊，而操作系統(tǒng)是連接計算機(jī)硬件和應(yīng)用程序的中間層谐算，如果故步自封，很快就會被市場淘汰归露，所以每位操作系統(tǒng)成員都很重視月度會議洲脂。
這次提出問題的是進(jìn)程和線程兩兄弟。
站在眾人前面剧包，線程顯得有些怯場恐锦，他戳了戳進(jìn)程往果，示意讓他先來講。進(jìn)程迅速整理了下思路一铅，挺直了身板陕贮，說：“這次的問題是在一個訂票系統(tǒng)里發(fā)現(xiàn)的，我把這個系統(tǒng)的簡單邏輯畫出來了潘飘，你們一邊看我一邊說肮之。”
“這個訂票系統(tǒng)分為服務(wù)器端（server）和客戶端（client）卜录，當(dāng)用戶與服務(wù)器建立連接時戈擒，服務(wù)器端就會建立一個新的線程來為客戶端提供服務(wù)。訂票邏輯是這樣的：
單獨(dú)從這個邏輯圖上看是沒有問題的暴凑，但在實(shí)際情況下峦甩，因?yàn)榻?jīng)常出現(xiàn)多個用戶同時搶訂一張票的情景，這種方式就可能會出錯现喳。就像這樣：
在線程 A 確定完余票（假設(shè)是 1）凯傲，但還未能成功訂票之前，線程 B 得到了余票數(shù)為 1 的信息嗦篱，所以 B 也認(rèn)為可以訂票冰单，最后導(dǎo)致一張票賣出去兩份【拇伲“
內(nèi)存一針見血的道：“我看這就是幾個線程執(zhí)行流的沖突問題嘛诫欠，本來應(yīng)該一個線程訂票操作結(jié)束后，另一個線程才能查詢余票浴栽。像這樣執(zhí)行流交叉荒叼，肯定還會出現(xiàn)其它意想不到的問題〉浼Γ”
進(jìn)程佩服的說：“誒別說被廓，內(nèi)存你說的太有道理了，我也遇到過類似的情況萝玷，上次我和另一個進(jìn)程共享一部分內(nèi)存空間嫁乘，結(jié)果在使用同一個數(shù)據(jù)的時候，他把我剛寫進(jìn)去的數(shù)據(jù)覆蓋掉了球碉，害得我后面的計算全出錯了蜓斧。”
這時睁冬，磁盤發(fā)表了他的看法：“執(zhí)行流的問題挎春，那一看就是進(jìn)程調(diào)度器的鍋，怎么非得在別人執(zhí)行到關(guān)鍵步驟的時候把人家從 CPU 上趕下來！要是調(diào)度器稍微等一會兒搂蜓，這問題不就解決了狼荞？”
進(jìn)程調(diào)度器聽到這話，氣的站起來帮碰，說：“你相味，你怎么憑空污人清白！什么時候切換進(jìn)程不是由我來決定好不好殉挽？我是負(fù)責(zé)從就緒隊(duì)列里選出最應(yīng)該使用 CPU 的進(jìn)程而已丰涉。等我開始調(diào)度的時候，那些進(jìn)程就已經(jīng)被操作系統(tǒng)撤下來了斯碌∫凰溃”
操作系統(tǒng)補(bǔ)充道：“調(diào)度器說的沒錯，調(diào)度的時機(jī)是由中斷決定的傻唾⊥洞龋看樣子這種情況出現(xiàn)在進(jìn)程時間片用盡的時候，出現(xiàn)了時鐘中斷冠骄，然后被其他進(jìn)程搶占了 CPU 資源伪煤。”
磁盤聽了凛辣，不好意思的說：“對不起抱既，剛剛是我太武斷了。那照你的意思扁誓，我們在執(zhí)行到這部分代碼的時候防泵，像這樣屏蔽時鐘中斷可以解決這個問題了？”
操作系統(tǒng)搖搖頭：“「中斷禁用」這種方式確實(shí)可以防止進(jìn)程在運(yùn)行這部分代碼時進(jìn)行切換蝗敢，但是捷泞，時鐘中斷是我的一項(xiàng)非常重要的功能，怎么能隨隨便便就把控制權(quán)交給人類呢寿谴？萬一有的程序員想要他們的代碼可以完全占有 CPU 锁右，不把時鐘中斷給我開啟怎么辦？我是不可能把這種重要權(quán)限交出去的拭卿，我要對整個系統(tǒng)負(fù)責(zé)骡湖〖溃”
內(nèi)存在旁邊贊同道：“除了這一方面峻厚，你還要知道，現(xiàn)在都是多核時代了谆焊，你即使禁用了這個 CPU 的時鐘中斷惠桃，其他幾個核還是能切換進(jìn)程，然后訪問這些數(shù)據(jù)。磁盤啊辜王，你明明存了那么多文件劈狐，怎么懂得還是那么少。呐馆。肥缔。”
磁盤憤憤的道：“別瞧不起我汹来，我這就去找有沒有辦法解決這個問題续膳！”
思考了許久的 CPU 開口了：“我來捋一捋吧，現(xiàn)在咱的目標(biāo)是收班，不讓兩個進(jìn)程同時執(zhí)行這一段代碼——我們把這段代碼叫做臨界區(qū)吧坟岔，換句話說，我們需要讓進(jìn)程互斥的進(jìn)入臨界區(qū)摔桦。那我們就把這段臨界區(qū)「加鎖」社付，”
“加鎖？這是什么意思邻耕？”
“加鎖是個比喻鸥咖，其實(shí)「鎖」只是一個共享變量，我們可以讓它有 OPEN 和 CLOSE 這兩個值赊豌。一個進(jìn)程扛或，比如說 A，進(jìn)入臨界區(qū)之前碘饼，先檢查鎖是不是 OPEN 狀態(tài)熙兔，如果是的話，就把鎖改為 CLOSE 狀態(tài) 艾恼，這樣其他進(jìn)程在進(jìn)入臨界區(qū)時住涉，會發(fā)現(xiàn)鎖已經(jīng) CLOSE 了，那就讓他們循環(huán)等待 钠绍，直到 A 出臨界區(qū)然后將鎖打開舆声。”
內(nèi)存眉頭一皺柳爽，發(fā)現(xiàn)事情并沒有這么簡單——如果 A 發(fā)現(xiàn)鎖是開著的媳握，但在 A 還沒有關(guān)閉鎖之前，切換到了進(jìn)程 B 磷脯，那么 B 也會發(fā)現(xiàn)鎖是開著的蛾找，那么 B 也將能夠進(jìn)入臨界區(qū)！
想到這里赵誓，內(nèi)存把問題告訴 CPU打毛，但 CPU 說柿赊，這對他不是問題。
原來計算機(jī)里有一條硬件支持的指令——TSL（test and set lock幻枉，測試并加鎖）碰声，這條指令可以保證讀字和寫字的操作「不可分割」，也就是說熬甫，在這條指令結(jié)束前胰挑，就連其他處理器也不可能訪問該內(nèi)存字。
“TSL 指令會把內(nèi)存字 lock 讀到寄存器上椿肩，然后在對應(yīng)的內(nèi)存地址上寫入一個非零值洽腺。那我們就可以利用這條指令改進(jìn)剛剛的加鎖的方法，就像這樣：
我們讓進(jìn)程在進(jìn)入臨界區(qū)之前先調(diào)用 enter_region 覆旱，如果鎖已經(jīng)被關(guān)閉（表現(xiàn)為鎖非 0 ）蘸朋，就循環(huán)調(diào)用enter_region ，直到鎖打開扣唱，然后再進(jìn)入臨界區(qū)藕坯。出臨界區(qū)之后，就調(diào)用 leave_region 把鎖打開噪沙。這樣不就解決你的問題了炼彪？“
內(nèi)存點(diǎn)點(diǎn)頭，說：“這確實(shí)是一個好方法正歼，解決了臨界區(qū)的互斥問題辐马。”
不過操作系統(tǒng)不是很滿意這種解決方案：“這種解決方式需要忙等待局义，浪費(fèi)了 CPU 的資源啊喜爷，我覺得這種 TSL 方案需要改進(jìn)√汛剑”
這時候大家陷入了沉默——誰也沒有想到更好的解決方案檩帐，會議好像就此僵住了。
誰能想到一種更好的方案呢另萤？
哈哈湃密，我在文章里埋了伏筆哦，你猜猜是誰找到了更好的方法呢四敞？
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