6.8 真实世界

尽管对并发原语和并行性进行了多年的研究，但使用锁进行编程仍然具有挑战性。通常最好将锁隐藏在更高级别的结构中，如同步队列，尽管xv6没有这样做。如果您使用锁进行编程，明智的做法是使用试图识别竞争条件（race conditions）的工具，因为很容易错过需要锁的不变量。

大多数操作系统都支持POSIX线程（Pthread），它允许一个用户进程在不同的CPU上同时运行几个线程。Pthread支持用户级锁（user-level locks）、障碍（barriers）等。支持Pthread需要操作系统的支持。例如，应该是这样的情况，如果一个Pthread在系统调用中阻塞，同一进程的另一个Pthread应当能够在该CPU上运行。另一个例子是，如果一个线程改变了其进程的地址空间（例如，映射或取消映射内存），内核必须安排运行同一进程下的线程的其他CPU更新其硬件页表，以反映地址空间的变化。

没有原子指令实现锁是可能的，但是代价昂贵，并且大多数操作系统使用原子指令。

如果许多CPU试图同时获取相同的锁，可能会付出昂贵的开销。如果一个CPU在其本地cache中缓存了一个锁，而另一个CPU必须获取该锁，那么更新保存该锁的cache行的原子指令必须将该行从一个CPU的cache移动到另一个CPU的cache中，并且可能会使cache行的任何其他副本无效。从另一个CPU的cache中获取cache行可能比从本地cache中获取一行的代价要高几个数量级。

为了避免与锁相关的开销，许多操作系统使用无锁的数据结构和算法。例如，可以实现一个像本章开头那样的链表，在列表搜索期间不需要锁，并且使用一个原子指令在一个列表中插入一个条目。然而，无锁编程比有锁编程更复杂；例如，人们必须担心指令和内存重新排序。有锁编程已经很难了，所以xv6避免了无锁编程的额外复杂性。