xv6中专门讲锁的篇幅并不多，锁的代码也在一两行左右，但是锁的使用却是无处不在的，而且要理解好也并不那么容易
对锁的需求来自于interleaving（交错执行），这可能是多处理器环境下，也可能是单处理器环境下在不同进程/线程间切换cpu
当他们需要访问共享的数据结构时，就出现了问题，如：
- 一个进程在读一个数据时，可能另一个进程正在修改它，那么这个进程读到的数据就可能是不正确的
- 多个进程同时更新一个数据，那么可能只有最后完成的更新保留了下来，之前的更新都丢失了
例如：
这样一个数据结构，list指向第一个节点（invariant），push新建一个节点，并将其插入到最前面，然后让list重新指向他
考虑下面情况：
此时c1这个节点就没有被插入到链表中去，发生这个错误的原因在于：同时执行15行违反了上述invariant，其他一个插入时，list没有指向第一个节点
当然上述只是一种可能的情况，也有可能先执行15行的，也先执行完了16行，之后另一个进程再执行15行，此时就没有问题，也就是说这个bug是否出现取决于两者执行的具体情况，这种一般称为race condition
A race condition is a situation in
which a memory location is accessed concurrently, and at least one access is a write. A race is often
a sign of a bug, either a lost update (if the accesses are writes) or a read of an incompletely-updated
data structure. The outcome of a race depends on the exact timing of the two CPUs involved and
how their memory operations are ordered by the memory system, which can make race-induced
errors difficult to reproduce and debug. For example, adding print statements while debugging
push might change the timing of the execution enough to make the race disappear.---xv6 book
常用的解决办法是使用锁：
此时，链表插入这个动作不能被并发/并行执行 ，一次只能一个进程执行这两行代码，invariant也就不会被破坏
acquire和release之间的被称为关键区域，如果一个进程在执行关键区域时，另一个进程只能等待，等待该进程释放锁之后，它再去获取锁
这种情况被称为contention
上面的关键区域当然可以更大，但是这样会降低并行性，从而降低性能
锁的实现
一个简单的想法是使用一个变量locked来表示是否持有该锁：
但是race仍然是存在的，例如两个cpu上的进程同时执行到25行，都发现现在锁未被持有，然后都获取了锁，这明显是不对的
要避免这种情况，我们应该让25，26行成为一个原子操作，这种指令被CAS（compare and swap）或者test and set，在RISC v上是amoswap，这里使用的是__sync_lock_test_and_set（gcc扩展），将其放在循环中，每次都将locked设置为1，并返回locked原值，如果为0，说明此时获取锁成功，如果为1，说明锁仍在使用中，获取锁成功之后，还有设置锁的cpuid字段为当前cpu
实现release时，则是首先检查是否持有锁，如果是，那么清除锁的cpu字段，并且设置locked为0
死锁和获取锁的顺序
如果要获取多个锁，那么任何时候要获取这些锁，都应该遵守相同的顺序
例如要获取两个锁a，b
一个路径是先获取a，然后b，另一个则相反，那么当一个获取a，一个获取b之后，前者想再获取b，而后者想获取a，就会死锁
锁和中断
xv6中主要有两种锁：spinlock和sleeplock
spinlock不仅会用在普通代码里，还会用在中断处理例程里，如处理定时中断时，就会获取tickslock，而sysproc中的sys_sleep也会，假如在执行sys_sleep时，在获取tickslock之后，发生定时中断，此时再去获取tickslock，因为sys_sleep不能释放它，中断处理程序也得不到他，就会死锁。为了处理这种情况，在xv6中，只要获取spinlock，就会禁用该cpu上的中断
为了处理多层的spinlock，struct cpu使用了一个noff字段来表示嵌套层数，pop_off减少它，push_off增加它
关于锁这里还涉及到指令重排的问题，可能会将关键区域内的操作移到关键区域外，这会破坏锁的效果，所以这里使用__sync_synchronize()来指示编译器和cpu不要进行指令重排
睡眠锁 sleep lock
上面介绍的主要是基于自旋锁，即要获取锁而锁被占用时，就不停的test and set
而一些情况下，我们希望此时能够让出cpu，让其他进程执行