并发问题中，单机下多个进程同时访问某公共变量要实现临界区的互斥访问，不然容易发生冲突，而在集群状态下为了保证各个节点的数据一致性也需要进行同步，实现同步一般都通过锁机制(包括信号量)来完成。其中底层有两个基本的锁，就是互斥锁(Mutex Lock)和自旋锁(Spinlock)，单机环境下大多情况都可以通过这两个锁来进行同步
1 锁的本质
锁，在计算机里本质上就是一块内存空间。当这个空间被赋值为1的时候表示加锁，被赋值为0的时候表示解锁。多个线程抢一个锁，就是抢着要把这块内存赋值为1。在多核环境中，内存空间是共享的，如果每个核上跑一个线程，要保证一次只有一个线程抢到锁，则需要使硬件实现缓存一致性协议
2 硬件实现
锁的硬件实现依赖底层的硬件指令，TAS(Test And Set)和 CAS(Compare And Set)
2.1 TAS指令
TAS指令的语义是：向某个内存地址写入值1，并且返回这块内存地址存的原始值。TAS指令是原子的，这是由实现TAS指令的硬件保证的
伪代码实现：
function TestAndSet(boolean lock) {boolean initial = lock;lock = true;return initial;}
在x86架构中，TAS对应的汇编指令是bts（bit test and set），在多核CPU中，需要在前面加lock前缀，也就是lock bts
2.2 CAS指令
CAS的语义是：比较某个内存地址的值与一个给定值（这个给定值是上一刻从此内存地址读出来的），如果相等，则把一个新值写入到此内存地址
伪代码实现：
int compare_and_swap(int* reg, int oldval, int newval){ATOMIC();int old_reg_val = *reg;if (old_reg_val == oldval)*reg = newval;END_ATOMIC();return old_reg_val;}
在x86架构中，CAS对应的汇编指令是CMPXCHG，也是一种原子操作指令
3 软件实现
如图，使用加锁来实现互斥和同步的一般模型包含lock(),和unlock()
当执行加锁函数lock(lock）时，如果判断到lock已被加锁，那么有两种情况，一种会调用系统函数将当前线程阻塞，还有一种是一直循环处于判断lock状态，如果lock=0接着循环，如果lock=1跳出循环,转到临界区，这种就是自旋锁。这两种锁各有利弊，已加锁时阻塞掉当前线程，让出cup空出资源可以去执行别的线程，通过减少cup的浪费来提高效率，但是这个过程需要进行上下文切换，保存各寄存器状态需要花费时间，如果每个线程对于锁的占有时间很短，获取锁之后会很快就释放锁，那么自旋锁将会更加高效，所以要根据具体情况具体来使用。另外需要注意的是自旋锁只能用于多核cup，如果是单核将无限制处于自旋状态
3.1 互斥锁的变量能由用户定义吗？
上面提到，锁的本质就是控制内存空间的访问，对应到系统中来讲，引入二值性变量state，通过对这个state进行+1和-1进行加锁和解锁，那么需要考虑下这个变量能交给用户定义吗？
实际上是可以的，只要能保证lock，unlock函数满足以下两点就可以：
(1)对于lock的判断操作为原子性，要么全部执行，要么全部不执行
(2)一个线程访问lock的时候不允许另一个线程同时访问,这一点需要禁用中断，而且要禁用所有cup核的中断，即给总线加锁，防止其他核的线程访问到lock
但是它会存在一些问题，比如：
①如果是用户程序定义lock，那么lock变量只能此进程访问，这样无法来对不同进程的线程进行同步，极其不方便
②对于阻塞方式的加锁过程，当解锁的时候要判断还有哪些线程申请这个锁，然后将其从等待队列中拿出来放入就绪队列。如果lock是用户程序定义，那么操作系统将无法来判断到底哪些线程申请过这个锁，也将无法将对应的线程激活
因此，互斥锁lock变量必须由操作系统来定义，自旋锁可以用户程序定义
(4)注意死锁产生的条件
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