最近看了 jyy 2022 版的 OS 课程，目前进度是并发。对于并发部分，jyy 分了六节课，我目前是看了三节课，梳理一下这三节课的思路。

并发：多处理器编程

这节课的主要问题：如何理解多处理系统？

• 多处理器编程：入门
  • 多处理器程序 = 状态机 (共享内存；非确定选择线程执行)
  • thread.h = create + join
• 多处理器编程：放弃你对 “程序” 的旧理解多处理器编程：放弃你对 “程序” 的旧理解
  • 不原子、能乱序、不立即可见
    • 来自于编译优化 (处理器也是编译器)
    • Ad hoc synchronization considered harmful (OSDI’10)

主要理解多处理器程序是在同一时刻只选取一个线程执行，也就是状态机。这里的意义是建立理论框架，将并发程序抽象为状态机，为后续分析奠定基础。

并发：理解并发程序运行

这节课的主要问题：如何理解各种并发程序？

• 并发程序 = 状态机
  • 线程共享内存
  • 每一步非确定选择线程执行
• 画状态机就对了
  • 当然，用工具帮你画 (model checker)

这节课通过引入 Perterson 算法介绍并证明了它的正确性，然后将并发程序的运行状态抽象为状态机，进而引出了画状态机的程序 model checker。这里的意义是介绍并发程序中，非确定性调度导致程序行为复杂，需严格验证。

并发：并发控制-互斥

这节课的主要问题：如何在多处理器系统上实现互斥？

• 软件不够，硬件来凑 (自旋锁)
• 用户不够，内核来凑 (互斥锁)
  • 找到你依赖的假设，并大胆地打破它
• Fast/slow paths: 性能优化的重要途径

这节课先引入具体问题：并发读写共享内存（临界区）导致数据竞争。

并提出了解决手段：

• 硬件基础​​：原子指令（如 x86 LOCK 前缀、RISC-V LR/SC）。
  • 硬件基础提供“不可分割”的指令，确保多核环境下操作的原子性。
• ​​软件实现​​：自旋锁（Spinlock）、互斥锁（Mutex）、futex（快速用户态互斥锁）
  • 各种锁都有 Fast/slow path，spin 和 mutex 各有优缺点，因此内核的实现是综合二者实现了 futex 作为互斥锁的底层实现：
    • 混合模式​​：
      • ​​Fast Path​​：无竞争时用户态原子操作（≈自旋锁）。
      • ​​Slow Path​​：竞争时内核休眠（≈互斥锁）。
    • ​​优势​​：平衡性能（无竞争时快）与资源利用率（竞争时省 CPU）