關於鎖(lock)

畢業後，太久沒有用到相關的東西，概念開始和資料庫的transaction有點混淆了，所以拿出恐龍本讀回來。順便做一篇筆記

一些專有名詞

鎖想解決的問題

在多核心多執行序問世之前的單核心的時代，是一個核心切換來切換去的做不同事，在時間區間上每個時間點都只有一個process正在被cpu執行，如下圖。

而在多核心問世以後開始會出現一些問題，如下圖。

開始會發生圖上，兩個核心會同時執行不同的process ，這個時候可能會發生互相改到資料的問題。例如process B和D是要在印表機上面印出現在電腦的時間，就有可能會發生一下的輸出：

假設兩個核心在執行processB和D的時間點是15:38和15:40

15:153:840

這是因為兩個核心互相搶著輸出到印表機，但是順序亂掉的緣故。為了解決這個問題，鎖的概念被提了出來。

鎖的用途

用來保護注critical section（以上面的例子來看，是Process B和Process D裡面，執行輸出資料到印表機的code block）。強制這兩個critical section，在同一個時間裡面，頂多只能有一個執行，另一個想要執行，得要等到另一個結束後，才能開始動作。

鎖的種類

mutex lock（互斥鎖）

又稱自旋鎖，會讓這個process一直卡在loop裡面，直到能夠存取資料後，才跳出迴圈，開始執行這個critical section。

因為實際上是一直在執行loop的狀態下做等待資源釋放的，所以它不需要使用到context switch，在獲得資源後的切換速度很快。所以常常被使用在共用資源都只會被佔用短短時間的情境下使用。

mutex lock的概念是一個被相同mutex lock保護起來的多個critical section，一個時間裡只能有一個被執行，其他都得要等待它mutex lock釋放後，才能繼續搶，搶到的才能執行。

semaphore lock（號誌鎖）

和mutex lock不同，可以設定資源同一時間下，最多可以有S個process同時執行，當同時執行的critical section數目大於S時，會被停下來，等待到同時執行的critical section小於S時，才能繼續搶進去執行。

如果要用mutex lock的方式執行，會讓很多process一直在執行loop，對於資源的浪費太大了，所以在semaphore lock的時候，會採用將process 暫停，將address存到lock S 的list裡面。等到有process把S給釋放，此時CPU會將S裡面的list，取出一個process出來執行。

我混淆的概念釐清

• 鎖不是鎖住cpu，而是鎖住其他一樣需要這個鎖的process，讓同一個鎖保護的同一個（或者不同個）critical section ，一次最多只能有1（或者semaphore lock設定的數字）個process存取。

• 被鎖保護住的critical section，只要裡面有存取某個共用資源的code，就能讓這項資源被鎖給保護，不被濫用。

結論

鎖的概念就是為了要保護有限的資源，不要被無限的取用。例如可以利用鎖來保護對同一個檔案的更改，讓這個檔案一次只能被一個process更新，防止檔案內資料變得亂七八糟的。