临界区问题
每个并发的进程都有一个代码段，被叫做临界区，这个代码段也是临界区可能会改变并发进程的公告资源数据，更新数据，写入文件等操作；
在并发的进程中，当有一个进程正在执行临界区的代码时候，其他并发的进程是不可以被允许去执行临界区的代码的，换句话说：两个进程是不可以不可能同时执行临界区的内容；
总的来说：临界区问题就是设计一种协议：这种协议它可以保证进程之间相互协作；
进程进入临界区协议
当我们一个进程需要进入临界区时候，需要获取进入临界区的许可，当我们离开临界区时候，需要归还临界区的许可；
临界区的管理准则
-
首先的遵循-----互斥：互斥的意思：当多个并发进程都需要访问临界区的资源时候，只能有一个进程可以进去临界区访问，其他进程不可以访问，其他进程需要等到进入临界区的进程访问结束后，才有资格访问临界区，这就是互斥；
-
前进：前进意思是：当临界区有进程访问资源时候，其他进程必须等待，临界区没有进程访问时候，就必须选一个进程去访问临界区资源，这就是前进；
-
有限的等待：这个意思就是：当有一个进程在临界区访问资源时候，其他等待进程不可以无线的等待，也就是说，等待进入临界区的进程必须在某个时候也要进入临界区资源；
用我们中国人的话来讲：说临界区的管理准则是
有空让进：临界区没人访问就进去，也就是前进的意思；
择一而入：临界区只能选取一个进程进去访问，也是互斥的意思；
无空等待：临界区有进程在访问时候，其他进程必须等待，也就是互斥意思；
有限等待：等待进入临界区的进程，不可以无线等待；
让权等待：在临界区访问资源的进程，不能一致待在临界区；
喂金鱼案例理解临界区问题
首先我们假设一个场景：
有两个人一个Alice 和 Tom：这两个人养了一条鱼，为了使得这条鱼生存下来，它们制定了金鱼生存法则；
其次我们抽象出场景为代码：
第一天：
第一种方案：
先是Alice观察鱼没喂，所以Alice喂金鱼；然后到Tom观察金鱼，发现金鱼喂了，所以不喂金鱼，此时金鱼是生存下来；等价于Alice进程先执行结束，Tom进程再去执行；
第一种方案：
先是Tom观察鱼没喂，所以Tom喂金鱼；然后到Alice观察金鱼，发现金鱼喂了，所以不喂金鱼，此时金鱼是生存下来；等价于Tom进程先执行结束，Alice进程再去执行；
第三种方案：
先是Alice观察没喂鱼，Ailce刚打算喂金鱼，然后立马到Tom观察金鱼也没被喂，所以Tom也喂金鱼，当Tom喂完后，又到Alice它也继续喂金鱼；此时金鱼被喂了两次，直接撑死；等价：两个并发进程Ailce和Tom交替执行代码，喂鱼的动作被访问了两次；
基于第三种方案：
我们观察临界区资源是 喂鱼这个动作，和观察鱼是否被喂养这个动作，
抽象出来就是两个并发进程都需要写入和读这个金鱼的资源；
由于第三种方案，并没有满足互斥的原理，也就是两个并发进程都一起访问到了临界区资源，比如上面两个进程都观察鱼是否被喂养，都喂鱼这个动作；这就会导致程序出错了；
第二天：她两又买了一条金鱼：修改了原来的方案：发现没人留下纸条，那么久留纸条，然后再观察鱼是否被喂，没又被喂就喂鱼，喂完鱼久撕开纸条；他们以为这也鱼就不会撑死；
首先，当两个进程都是先执行完自己，再执行它人的，这也就不会有问题；
但是当有交替执行，出现了这总情况：
Alice判断没纸条，刚打算留纸条，然后Tom开始执行代码，也判断没留纸条，那么tom就留下纸条，此时。。。后面的事情可想而知，他们都会同时进入观察金鱼没被喂的情况，又会导致金鱼撑死；
这个原因也是违法了互斥原来，他们这种留纸条的方案，并没有解决进入临界区资源是只有一个进程可以进去的问题，都是一起进去了；
第三天，他们两又买了一条金鱼，又改变了策略，先留纸条，再判断对方有没有留纸条；
此时：假如两个进程是并发交替执行，也会在导致鱼被饿死；
这个是违反了前进的规则：临界区的资源必须有一个进程需要进去访问；
我们发现上面的方式：都会使得鱼死掉；
撑死和饿死，假如金鱼都是死，哪种死法比较好呢？
可能是饿死比较好，因为撑死就是程序执行出错的结果，而饿死确实使得程序不继续执行下去而已；
第四天，他们搞了一种新的方式：这种方式无论怎么样都可以使得鱼活下来；
但是这种设计方式：使得这两个进程的代码不一样了。这样的设计是好的嘛？
这样会使得管理变得复杂，维护性差！
互斥锁
操作系统设计人员给我们提供一些软件工具，帮我们解决临界区带来的问题，这个最简单的软件工具就是互斥锁；
一个进程必须获得一把锁才可以进入临界区；
一个进程在退出临界区时候必须释放该锁；
那么对于上面喂金鱼的案例：我们就有一种办法，使用互斥锁去解决;互斥锁解决会使得两份代码都是一样的，并不会两边都不一样
上锁：
包括两个动作
第一个动作：等待锁被打开，因为上锁之前，需要测试判断，该临界区是否已经有人进去了，假如有人进去，那么表示上锁了，那么等待该所被打开，你才可以进去，假如没人进去你就可直接获得锁了；
第二个动作：获得锁且上锁；
原子操作
原子操作：test_and_set（）的实现
它主要是干的事：
给传入的参数是true，就return true;同时给传入参数设置为false;
给传入的参数是false，就return false;同时给传入参数设置为false;
注意这个test_and_set是原子操作，是不可能被打断的，也就是这个函数是一气呵成执行到结束的，不会出现走走停停的操作，这是由操作系统保证的；
lock()锁的实现
lock锁的实现，需要借助test_and_set()这个原子操作的函数来帮助实现：
分析这段代码：首先我们假设available是true:表示还没获得锁，那么我们lock就不需要等待，也就是while循环不需要执行，直接获得锁，上锁即可进入临界区；
当一个进程要进入临界区时候，那么开始是没上锁，所以available是true;分析这个while循环时如何执行的:
很明显，在没有锁的前提上，lock是while循环是不执行，那么你就可以直接上锁了，使得available为false；
表示上锁状态，当前进程在访问临界区资源，其他进程不可以访问，除非当前进程unlock，其他进程才可以访问；
当一个进程在访问临界资源时候，如果另一个进程也要访问临界区资源时候，那么它就会执行lock执行，在lock里面就会执行test_and_set，由于前面有一个进程在访问临界资源了，所以此时当前进程进入lock时候，available就为 false, 那么就会执行while，一直测试test_and_set等待锁变为true;只有当访问完临界资源的那个进程，调用了unlock时候，才会释放锁，使得available = true,此时当前进程测试到了 available为true,就会退出循环，开始进入临界区资源了。
忙式等待
