第7章 互斥和同步机制的实现

7.1 互斥和同步概述

在操作系统的设计中，尤其是在引入多任务的情况下，需要考虑下列几种可能的“竞争”状态：

（1）中断处理程序和应用程序之间的竞争，比如一个共享的数据对象既可以被应用程序修改，也可以被中断处理程序修改，这时候就需要充分考虑应用程序和中断处理程序之间的竞争关系，因为中断随时可能发生；

（2）应用程序与应用程序之间的竞争，比如两个应用线程共享同一个数据结构，且可以任意修改，这样就需要充分考虑如何避免修改过程中出现的冲突（一个线程修改了一半被替换出去，另一个线程继续修改同样的数据结构）；

（3）在多CPU的情况下，除了考虑上述竞争关系之外，还需要考虑多个CPU之间的冲突关系。

Hello China当前版本对这几种可能的冲突情况都做了充分考虑，并实现了相应机制来处理这几种竞争关系。虽然当前版本的Hello China只支持单CPU，但在设计的时候，对多CPU的情况也做了充分考虑，并在数据结构和代码的设计中留下了余地，便于后续向多CPU平滑过渡。

在当前版本的实现中，关键区段用于完成中断处理程序和应用程序之间的同步，而应用程序之间的互斥与同步，则用来实现事件对象（Event Object）、互斥体对象（Mutex Object）和信号量对象（Semaphore Object），这些对象可支持标准的同步或互斥语义，也支持超时等待机制。在本章中，我们仅仅对信号量对象的实现做详细描述，其他对象的实现与信号量对象的实现类似，读者可自行查阅代码。