操作系统概念 6.4章节 硬件同步之采用指令test_and_set()的互斥实现原理解析
1、技术背景
书中原文：
通过加锁的方式来解决临界区的问题，许多现代系统提供特殊的硬件指令，用于检测和修改字的内容，或者用于原子地交换两个字（作为不可中断地指令）。我们可以采用这些特殊的指令，相对简单地解决临界区问题，在这里通过指令test_and_set()和compare_and_swap()抽象了这些指令背后地主要概念。
2、问题分析
2.1 指令test_and_set()可以按照如下代码来定义：
这一指令的重要特征是：它的执行时原子的。
bool test_and_set(bool *target)
{
bool rv = *target;
// 通过地址寻址，真实地修改target的值
*target = true;
// 返回的是传入时target的值
return rv;
}
代码分析：
该函数通过指针传入参数target，在函数体中创建了临时变量rv来存储target的初始值，然后真实地修改target所指向内存地址的值为true，并将临时变量rv的值返回。
场景举例：
- case1：传入参数为
false，那么该函数会返回false，但过程中会真实地修改target所指向内存地址的值为true。 - case2：传入参数为
true，那么该函数会返回true，此时过程中对target所指向内存地址的修改操作将不会引起变化。
2.2 采用指令test_and_set()的互斥实现原理解析
如果一台机器支持指令test_and_set()，那么可以这样实现互斥，声明一个布尔变量lock，初始化为false。进程P的结构如下代码：
/**
* 采用指令test_and_set()的互斥实现
*/
do {
// 进入区代码
while(test_and_set(&lock));
// 临界区资源操作
criricalSectionOperation();
// 退出区代码
lock = false;
// 剩余区
doSomethingElse();
} while (true);
代码分析：
从代码中可以看到共分为四块，分别是进入区、临界区、退出区和剩余区。其中进入区的while(test_and_set(&lock));语句中的lock便是我们声明的变量，它就代表着临界区资源锁的状态。
场景举例：
假设当前为false，则说明当前临界区资源没有上锁。此时某进程P1想要进入临界区，由于进入区的while循环条件test_and_set(&lock)为假，当前进程可以进入临界区执行相应的操作（注意此时lock变量的值已经被test_and_set()指令修改为true），在执行完临界区操作完毕后会执行到退出区的lock = false;语句，该语句代表着对临界区资源锁的释放。
接下来解释如何如何实现的互斥。
我们假设当前状态时进程P1还在执行临界区操作，而此时有另外一个进程P2也想要进入临界区，那么它也会执行相同的代码块------执行到进入区代码while(test_and_set(&lock));。由于进程P1还没有执行完临界区操作，那么它不会对临界区资源的锁进行释放，即当前变量lock的值为true，所以P2进程会在进入区的while()循环代码无限循环，从而实现了进程P1和进程P2互斥的访问临界区资源。
3、心得
由于是菜鸡自学，所以连简单的代码都需要仔细地分析才能明白其中的原理，一开始眼高手低了，看着就这么简单的几行代码看看就会了，后来分析着就感觉没那么简单，还是要踏踏实实地去举例分析才能理解的比较透彻啊！