并发、并行与锁
并发编程时，经常要用到锁。锁的概念有很多，例如悲观锁、乐观锁、自旋锁等等。在使用锁的过程中，始终有一个疑问：在使用多核处理器的情况下，位于不同 CPU 的线程在修改同一个全局变量的时候，是如何做到加锁的？
最早的操作系统没有线程这个概念，只有进程的概念，此时进程是操作系统分配资源和调度的基本单位。而我们现在正在使用的操作系统通常都是多线程操作系统，线程是操作系统调度的基本单位，进程仍是操作系统分配资源的基本单位。
在不考虑使用超线程技术的 CPU 的时候，CPU 本身没有线程这种概念。以下均不考虑超线程 CPU。
单核处理器
多线程操作系统使用单核处理器，同一时刻只能有一个线程正在执行。
这样在加锁的时候，不会有两个线程同时执行加锁指令，必然是有一个先后顺序。如果两个线程要获取同一个锁，在锁被其中一个线程获取到后，在线程释放该锁前，另一个线程无法获取该锁。
线程在执行过程中会因为中断而切换到其他线程。在程序上观察加锁操作可能只有一条调用的代码，但在执行的时候是多条指令。一旦发生中断，就可能会出现问题。操作系统提供了锁的原子操作。这个操作主要通过开关中断来实现。
关闭中断后，不会被切换到其他线程。此时可以加载内存里的锁状态，然后判断锁是否已被占用。如果被占用则开启中断，让其他线程继续执行。然后再关闭中断，再次判断，直到锁的状态是空闲。此时由于没有开启中断，所以可以将锁在内存的状态更新为已被占用，然后开启中断。这样完成了获取锁的任务。
加锁的方式不只有这一种，还可以用 CPU 提供的 test_and_set 指令。
多核处理器
多线程操作系统使用多核处理器，同一时刻可能有多个线程正在执行。
但是要区分两种情况：
- 程序限制只使用单核
例如 CPython 解释器是单线程的，虽然 threading 封装了操作系统的原生线程，但只有获取到 GIL （Global Interpreter Lock，全局解释器锁）的线程才能执行，因此同一时刻只有一个线程能够执行。 - 程序开启多核支持
例如 C++ 可以用std::thread；Golang 通过执行runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())开启多核支持。
在使用多核的情况下，一个进程的多个线程可能分布在不同核心上同时执行。如果这些同时执行的线程想要获取同一个锁，就会产生冲突。
操作系统级别的锁原语无法发挥作用，只能由 CPU 去处理。CPU 必须将多个核心对同一个内存区域的访问串行化。
CPU 提供了总线锁和缓存锁两种方式。
CPU 总线是所有核心与芯片组连接的主干道。当一个线程要获取锁（操作共享内存）的时候，其所在核心会发出一个 LOCK 信号，阻止其他处理器访问内存。
由于锁住总线会阻止其他核心访问其他内存地址的数据，所以提供了缓存一致性机制来减少开销。