临界区的硬件互斥方案

临界区互斥的硬件解决

基本硬件机制包括禁止中断、Test-and-Set指令、Swap指令。

1、禁止中断

   这是最简单的方法，进程一旦进入临界区就禁止一切中断，在离开临界区前放开中断，但是该方案有如下致命的弱点：

将禁止一切中断的权利赋予普通用户，若用户没有开放中断，系统的正常运行将受到影响。

不适合于多处理机系统，因为一个进程只能禁止本CPU的中断，其它CPU上的进程仍然会使用互斥资源。

2、Test-and-Set指令

   （读和写在一条指令内完成）在许多计算机中都提供了专门的硬件指令Test-and-Set，简称TS，不同的机器TS略有不同，在IBM370中称为TS指令，在Intel 8086中称为XCHG指令，但是它们的基本功能是相同的。

test_and_set指令语义：
function test_and_set (var target :boolean):boolean;
begin 
  boolean test_and_set:=target;

  target:=true;

  return test_and_set;

end;

其中: target有两种状态，当target为False时表示资源未用，若为True时表示资源正在使用。

用test_and_set指令实现互斥: 可以为每个临界资源设置一个布尔变量lock并赋予初值False，用TS指令将变量lock状态记录于变量TS中，并将True赋予lock，这等效于关闭了临界区，使得任何进程不能进入

repeat
  while test_and_set (lock) do no_op;
  临界区;
  lock:=false;
  剩余区;
until false; 

上段程序检查TS指令执行后TS状态，若为false表示进程可以进入临界区，否则不断测试执行TS指令后的TS变量值直到为假。

3、Swap指令

   交换两个字的内容（在一条指令内，不可分割）

swap指令语义：
procedure swap(var a,b:boolean);
  var temp:boolean;
  begin 
    temp:=a; 
    a:=b;
    b:=temp;
  end;

用swap实现互斥:

repeat
  key := true;
  repeat
    swap(lock,key);  //初始lock为false，表示未使用
  until key = false;
  进程的临界区代码CS;
  lock := false;
  进程的其它代码;
end