操作系统-锁机制

计算机操作系统锁机制.

在多线程编程中，操作系统引入了锁机制。通过锁机制，能够保证在多核多线程环境中，在某一个时间点上，只能有一个线程进入临界区代码，从而保证临界区中操作数据的一致性。

所谓的锁，可以理解为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。
加锁过程用如下伪码表示：
1、read lock；
2、判断lock状态；
3、如果已经加锁，失败返回；
4、把锁状态设置为上锁；
5、返回成功。
虽然每一步是原子性的，但是每一步之间却是可以中断的。比如进程A在执行完2后发生中断，中断中进程B也执行了加锁过程，返回中断后就会发生两个进程都会加锁。
对于这个问题，计算机已经解决，方法是采用原子级汇编指令test and set 和swap。

死锁的概念.

死锁: 是指两个或两个以上的进程在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去.此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁,这些永远在互相等待的进程称为死锁进程.
比如 两只羊过独木桥。进程比作羊，资源比作桥。若两只羊互不相让，争着过桥，就产生死锁。

死锁的原因.

主要原因（1） 因为系统资源不足。（2） 进程运行推进的顺序不合适，保证有先后顺序。（3） 资源分配不当等。

死锁的必要条件.

产生死锁的四个必要条件：
（1） 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。
（2） 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
（3） 不剥夺条件： 进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
（4） 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。存在一个进程等待序列{P1，P2，…，Pn}，其中P1等待P2所占有的某一资源，P2等待P3所占有的某一 源，……，而Pn等待P1所占有的的某一资源，形成一个进程循环等待环。
这四个条件是死锁的必要条件，只要系统发生死锁，这些条件必然成立，而只要上述条件之一不满足，就不会发生死锁。

解决死锁的四个方式.
1）忽略该问题。例如鸵鸟算法，该算法可以应用在极少发生死锁的的情况下。为什么叫鸵鸟算法呢，（鸵鸟策略）
2）检测死锁并且恢复。（检测与解除策略）
3）仔细地对资源进行动态分配，以避免死锁。（避免策略）
4）通过破除死锁四个必要条件之一，来防止死锁产生。（预防策略）

C++多线程开发中，容易出现死锁导致程序挂起的现象。
解决步骤分为三步：
1、检测死锁线程。
2、打印线程信息。
3、修改死锁程序。

进程（Process）和线程（Thread）.

　　进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。拥有独立的内存单元。线程是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。但是不能独立运行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源（如程序计数器，一组寄存器和栈），但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。
　　进程与应用程序的区别在于应用程序作为一个静态文件存储在计算机系统的硬盘等存储空间中，而进程则是处于动态条件下由操作系统维护的系统资源管理实体。

进程的状态转换图，及导致转换的事件.
三个状态：
1）就绪状态 　进程已获得除处理机外的所需资源，等待分配处理机资源，只要分配到CPU就可执行。在某一时刻，可能有若干个进程处于该状态。 　　
2）运行状态 占用处理机资源运行，处于此状态的进程的数目小于等于CPU的数目。 　　
3）阻塞状态 　由于进程等待某种条件（如I/O操作或进程同步），在条件满足之前无法继续执行。该事件发生前即使把处理机分配给该进程，也无法运行。