互斥锁(mutex)，自旋锁(spin_lock)是如何实现的

1.整数值的原子操作

这部分是CPU的任务
自旋锁中和互斥锁中都有一个整数值atomic_flag，为0时表示解锁状态，为1时表示加锁状态
对atomic_flag的修改必须时原子操作，对此，CPU提供了compare_and_set和test_and_set来实现对该值的原子操作。

这两个的操作的简单区别
test-and-set ：
修改内存位置的内容，并返回其旧值。
compare-and-swap：
以原子方式将存储位置的内容与给定值进行比较，并且只有它们相同时，才将该存储位置的内容修改为给定的新值。返回旧值用于判断是否交换成功

两种操作均可以实现，以下是
用户态test_and_set自旋锁的c++实现：



#include <thread>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <atomic>
#include <mutex>

std::atomic_flag lock ;
void f(int n)
{
    for (int cnt = 0; cnt < 100; ++cnt) {
        
        while (std::atomic_flag_test_and_set(&lock));  //设置lock为1
        std::cout << "Output from thread " << n << '\n';
        lock.clear(); //设置lock为0
    }
}

int main()
{
    std::vector<std::thread> v;
    for (int n = 0; n < 10; ++n) {
        v.emplace_back(f, n);
    }
    for (auto& t : v) {
        t.join();
    }
}

这里自旋锁用了test-and-set 操作，test_and_set对flag进行设置为1。无锁时，返回旧值0，循环中断，继续执行代码。而有锁时，继续设置lock为1，但返回旧值1，继续无限循环。

互斥锁在test-and-set返回1时，与自旋锁的操作有了区别
自旋锁：返回旧值1，继续无限循环。
互斥锁：返回旧值1，将线程睡眠进行等待。
与上面进行对比互斥锁为代码如下：

void f(int n)
{
    for (int cnt = 0; cnt < 100; ++cnt) {
        
        if(compare_and_swap (&value,0 , 1 )  == 1);{ // 
             没有获取到锁
             睡眠();
      }

        临界区操作


       if(compare_and_swap (&value, 1 , 0 )  == 1 );{ // 
               唤醒（）
        }

    }
}

2.互斥锁中的等待部分

cpu并不能感知到上层线程或者进程的存在。所以“等待”功能需要交给操作系统去实现
之前“整数值的原子操作”部分全部在用户态进行，以减少用户态和内核态切换的开销。
在linux操作系统中，使用futex进行睡眠操作

// 在uaddr指向的这个锁变量上挂起等待（仅当*uaddr==val时）
int futex_wait(int *uaddr, int val);
// 唤醒n个在uaddr指向的锁变量上挂起等待的进程
int futex_wake(int *uaddr, int n);