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。
假如我们把加锁过程用如下伪码表示：
- read lock；
- 判断lock状态；
- 如果已经加锁，失败返回；
- 把锁状态设置为上锁；
- 返回成功。
假设上述操作每一步都是一个原子操作，那么在什么情况下多个线程会同时获得锁呢？
- 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。
- 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。
先考虑单核场景：
- 既然只有中断才能把上锁过程打断，造成多线程操作失败。那就先关中断，在加锁操作完成后再开中断。
- 使用test and set指令让加锁成为原子操作。
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。在多核场景下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，这个过程不是原子的。也就是说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。
硬件实现手段：
前面提到，cpu会通过对总线加锁的手段来解决多核同时获取锁的情况，它到时是怎么实现的呢？ 在cpu芯片上有一个HLOCK Pin，可以通过发送指令来操作，将#HLOCK Pin电位拉低，并持续到这条指令执行完毕，从而将总线锁住，这样同一总线上的其他CPU就不能通过总线来访问内存了。最开始这些功能是用来测试cpu的，后来被操作系统实现而封装成各种功能：关键代码段，信号量等。在加锁的代码编译成汇编后，会有个lock指令前缀，lock会使得紧跟在其后的指令变成atomic instruction，暂时的锁一下总线，指令执行完，总线就解锁了。
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）。
