Question

Silberschatz，Galvin和Gagne的“操作系统原理”一书包含有关同步章节中TestAndSet（）指令的以下定义：

boolean TestAndSet(boolean *target) {
    boolean rv = *target;
    *target = TRUE;
    return rv;
}

使用上述指示实现互斥也如下：

do {
    while(TestAndSetLock(&lock))
        ; // do nothing
        // critical section
    lock = FALSE;
        // remainder section
} while(TRUE);

现在，如果没有条件将目标设置为TRUE，如何实现互斥？

考虑以下情况，进程P0将共享变量 lock 设置为TRUE并进入其临界区。另一个进程P1在上面的while循环中调用TestAndSet（），它返回TRUE（因为P0具有锁定），同时无条件地将 lock 设置为FALSE。第二次在while循环中调用TestAndSet（）它将返回FALSE并且P1进入其临界区，即使P0处于其临界区。然后违反了相互排斥。

我做了一些搜索，偶然发现了Mithun Acharya和Robert Funderlic（北卡罗来纳州立大学CS系）的论文，其中包含以下TestAndSet（）的替代定义：

   boolean Test-and-Set(boolean target)
    begin
        if(target == false):
            target = true;
        return target;
    end

这对我来说更有意义，我把它包括在内进行比较，也因为该论文将Silberschatz的书列为其参考书之一。

我只是不明白我在教科书（我先提供的那本书）中找到的定义如何用于实现互斥，任何人都可以帮忙吗？

Answer 1

这是一种直观地考虑原子TestAndSet的方法。

线程在进入关键区域之前使用它。只有两种情况：

正在保持锁定（* target为TRUE）：返回TRUE且* target保持为TRUE
未保留锁定：返回FALSE，* target设置为TRUE

因此，另一个线程位于关键区域，因此* target（TRUE）反映了该值应该是什么;或者“我”现在进入这个关键区域，所以将* target设置为TRUE。

Answer 2

显示的实现可以更清晰地写成：

while(TestAndSet(&lock))
{
   // spin in this loop until TestAndSet returns false
}
do_critical_section_stuff();
lock = FALSE;
// We've now left the critical section

我认为OP错误解释为：

while(TestAndSet(&lock))
{
   lock = FALSE;
}
do_critical_section_stuff();

由于显而易见的原因无法正常工作。

Answer 3

啊我也有这个问题。让我分享一下我的理解。

最初*目标将为FALSE。（这是给定的）。 P确实需要通过while(TestAndSetLock(&lock)) ; // do nothing 获取锁定并进入关键部分。（获得锁定只是一个假设的事情，如果它可以通过while循环然后它有锁定）

有人拥有锁定意味着目标 TRUE ，锁定是免费的目标是 FALSE 。所以一开始就是这样，

P1（第一个调用该函数会很幸运），他看到目标为FALSE并将其设置为true并返回FALSE，这导致它避免while循环等待。

现在目标是TRUE。其他事实是 TestAndSet（boolean_ref lock） 将返回被调用的值，并且 TestAndSet（boolean_ref lock）将始终将目标设置为 TRUE 所以有人必须在其他地方将目标设置为FALSE（所以带锁的人可以将其设置为FALSE ）

其他P将会看到目标为TRUE，当调用TestAndSet(boolean_ref lock)时，它将始终返回TRUE，直到P1将目标设置为false。

我从This site, you can download it from here

找到了这个漂亮的图解说明

Answer 4

您最初引用的TestAndSet函数仅在target为false时执行。即线程阻塞，直到target为false。我没有那本教科书，但我确信它已在文中的某处提到过。

请注意，TestAndSet是一个“原子”函数，必须在OS的最低级别（甚至是CPU的指令集）中实现。如果它在用户应用程序中实现，则测试和集合之间可能会发生上下文切换，从而导致损坏。

澄清：我只确定当target为false时执行该函数的事实，因为某些地方必须是阻塞的比较操作。有两种类型的TestAndSet - 一种仅在目标设置为True（阻塞）时返回，另一种可以返回False，即立即返回（一次将启用另一个线程轮询）。我假设你引用的那个是阻塞的，因为它似乎在开始执行后立即返回，这意味着“IF”语句由较低级别的机制执行，例如CPU或OS内核。

Answer 5

要使用testAndset方法，我们从一个名为Lock的变量开始，该变量设置为false：

HdwareData lock = new HdwareData(false);

Answer 6

通过查看TestAndSet（＆amp; lock）互斥的实现，可以有把握地说，只要TestAndSet返回true，进程（P）就不会进入其临界区。该过程将继续在其循环条件下执行，直到它（条件）失败。

只要另一个进程锁定了资源，条件就会成功（TestAndSet将返回true）。当另一个进程锁定资源时，lock的值为true。一旦其他进程释放其对资源的保留，通过设置lock = false，TestAndSet将返回false。

当TestAndSet返回false时，while循环的条件失败，因此进程P进入其临界区。

TestAndSet是一个原子操作，即它在没有中断的情况下执行。这样做是为了防止锁定的竞争条件。

Answer 7

非线性地思考。你在Silberchatz提供的实现 testAndSet（）函数的定义中指出了三个问题：

（1）您正确地声明 target 无条件地设置为TRUE，并且（错误地）实现了这是一个问题。

（2）为了解决（1）中的问题（不存在），建议在将目标设置为TRUE之前对其进行测试。

（3）最后，您通过实现互斥的块（实际上并未发生这种情况）无条件地将 result 设置为FALSE这一事实表明了您的担忧。

我会尽力澄清这些问题。最初，请注意函数 TestAndSet（）的第一件事是将 target 的值复制到 rv ，然后才将目标复制无条件设置为TRUE。现在，问题是：如果 target 最初为FALSE， TestAndSet（）将 target 设置为TRUE并返回FALSE，因此进程可以进入关键部分。如果原始目标值为TRUE，则无论如何它都设置为TRUE（这不会造成任何伤害）并且 TestAndSet（）返回TRUE，因此进程无法进入关键区域。因此，将 target 无条件地设置为TRUE不是问题，问题（1）证明不存在。

关于问题（2），一旦上面说明无条件地将 target 设置为TRUE是无害的，就不需要事先测试它的值。

问题（3）也不存在，因为结果实际上没有真正无条件地设置为FALSE。我的意思是，它是，但只有在此之后关键区域已由该过程处理;即，当不再需要相互排斥时。该进程必须在离开临界区时将目标设置为FALSE（在退出临界区后不应阻止任何其他进程）。在处理关键部分后必须释放锁！

Answer 8

在您的问题中考虑以下突出显示的部分：

考虑以下情况，进程P0将共享变量锁设置为TRUE并进入其临界区。另一个进程P1在上面的while循环中调用TestAndSet（），它返回TRUE（因为P0具有锁定） ，同时无条件地将锁定设置为FALSE 。第二次在while循环中调用TestAndSet（）它将返回FALSE并且P1进入其临界区，即使P0处于其临界区。然后违反了相互排斥。

P1（或任何过程），无论锁是True还是False，都不会将lock的值设置为False。

如果锁定值为False，则进入临界区并将其值设置为True，从而获取锁定。
如果锁定值为True，则不执行任何操作（将其值设置为True，从而不更改它）并等待锁定值变为False（当具有锁定的进程完成执行时会发生这种情况）其关键部分）。

使用TestAndSet（）指令进行互斥

8 个答案: