锁机制

1. 原子操作

　　内核提供两组原子操作的接口，一组是对整数进行操作，一组是对单独的位进行操作。

 

现实中，每个临界区不仅仅是对变量的增加、减少，可能临界区域甚至跨越几个函数，而这些都需要保证原子性，因此引入各种锁机制。

2. 自旋锁

　　linux内核中最常见的锁是自旋锁。自旋锁最多只能被一个可执行线程持有。

　　注意：

　　（1） 自旋锁不能递归加锁，否则产生死锁。

　　（2） 自旋锁适用于加锁时间短，执行命令少的场合。

　　（3） 在单处理器的系统中，编译时并不会加入自旋锁，它仅仅被设置成一个设置内核抢占机制是否被启动的开关。

　　（4） 不能再可以引起休眠的地方占用自旋锁，休眠意味着让其CPU，这样将永远没有机会对持有的自旋锁解锁。

 

3. 信号量

　　Linux中的信号量是一种可以睡眠的锁。当一个任务试图获取一个不可用（已经被抢占）的信号量时，信号量将它放入等待队列，让其睡眠。等持有的信号量被释放时，处于等待队列的任务将被唤醒，并获得该信号量。

　　3.1 计数信号量

　　　　信号量可以同时允许任意数量的锁持有者，而自旋锁只能在一个时刻最多允许有一个任务持有它。

　　3.2 二值信号量

　　　　信号量中的计数指定为1，也叫互斥信号量。

 

　　P操作：通过对信号量的计数减一来获取信号量，当返回值等于或者大于零时，获取信号量，否则将它放入等待队列。

　　V操作：通过对计数加一释放信号量，当信号量的等待队列中的任务不为零，该任务将被唤醒并获得信号量。

 

　　注意：

　　（1） 因为竞争信号量的进程在等待信号量时会进入睡眠，所有信号量适用于被长时间持有的情况。

　　（2） 由于执行线程在锁被争取的时候会引起睡眠，所以只能在进程上下文中获取信号量，因为在中断上下文中是不能被调度的。

　　（3） 在占用信号量时不能占用自旋锁，因为在等待信号量时可能引起休眠，而持有自旋锁时不能休眠。

 

4. 互斥体

　　"互斥体（mutex）"这个称谓所指是任何可以睡眠的强制互斥锁，比如使用计数是1的信号量。

　　

　　注意：

　　（1） 任何时刻中只有一个任务可以持有mutex，mutex的使用计数永远1。

　　（2） 给mutex上锁者必须负责其再解锁----你不能在一个上下文中锁定一个mutex，而在另一个上下文给它解锁。

　　（3） 不能递归上锁和解锁。

　　（4） mutex不能再中断或者下半部使用。

 

对比：

　　信号量和互斥体：

　　除非互斥体的某个约束妨碍你的使用，否则优先使用mutex。

 

　　自旋锁与互斥体：

　　自旋锁：低开销加锁、短时间持有、中断上下文中使用

　　互斥体：长时间持有、持有的锁需要睡眠