自旋锁、文件锁、大内核锁

自旋锁(Spin lock)
自旋锁与互斥锁有点类似，只是自旋锁不会引起调用者睡眠，如果自旋锁已经被别的执行单元保持，调用者就一直循环在那里看是 否该自旋锁的保持者已经释放了锁，"自旋"一词就是因此而得名。其作用是为了解决某项资源的互斥使用。因为自旋锁不会引起调用者睡眠，所以自旋锁的效率远 高于互斥锁。虽然它的效率比互斥锁高，但是它也有些不足之处：
    1、自旋锁一直占用CPU，他在未获得锁的情况下，一直运行－－自旋，所以占用着CPU，如果不能在很短的时 间内获得锁，这无疑会使CPU效率降低。
    2、在用自旋锁时有可能造成死锁，当递归调用时有可能造成死锁，调用有些其他函数也可能造成死锁，如 copy_to_user()、copy_from_user()、kmalloc()等。
因此我们要慎重使用自旋锁，自旋锁只有在内核可抢占式或SMP的情况下才真正需要，在单CPU且不可抢占式的内核下，自旋锁的操作为空操作。自旋锁适用于锁使用者保持锁时间比较短的情况下。

 

文件锁

文件锁是一种文件读写机制，在任何特定的时间只允许一个进程访问一个文件。利用这种机制能够使读写单个文件的过程变得更安全。

在这篇文章中，我们将探讨Linux中不同类型的文件锁，并通过示例程序来理解它们之间的不同之处。

我们将采取以下的例子来解释为什么需要使用文件锁。

1、  进程“A”打开和读取一个文件，此文件包含账户相关的一些信息。

2、  进程“B”也打开了这个文件，并读取了文件中的信息。

3、  现在，进程“A”更改了其副本中的一条余额记录，并将其写入文件。

4、  此时，进程“B”并不知道上次读取的文件已经被更改，它还保存着原始的文件副本。然后，进程“B”更改了“A”操作的那条相同的记录，并将记录写入文件。

5、  此时，文件中将只保存了进程“B”更改过的记录。

为了避免这种事情发生，就要使用文件锁来确保操作的“序列化”。

以下是Linux系统中两种常用的文件锁：

1、  协同锁

协同锁要求参与操作的进程之间协同合作。假设进程“A”获得一个WRITE锁，并开始向文件中写入内容；此时，进程“B”并没有试图获取一个锁，它仍然可以打开文件并向文件中写入内容。在此过程中，进程“B”就是一个非合作进程。如果进程“B”试图获取一个锁，那么整个过程就是一个合作的过程，从而可以保证操作的“序列化”。

只有当参与操作的进程是协同合作的时候，协同锁才能发挥作用。协同锁有时也被称为“非强制”锁。

2、  强制锁

强制锁不需要参与操作的进程之间保持协同合作。它利用内核来查检每个打开、读取、写入操作，从而保证在调用这些操作时不违反文件上的锁规则。

 

大内核锁：

锁保护的是数据，在程序路径中访问数据，确保数据被访问的惟一性，就必须保证只有一个线程正在位于相应的程序路径。       
大内核锁也是一种锁，问题在于其锁的粒度太粗，当有大量不同的数据在一个程序路径中被访问时，若能保证只有一个线程位于该程序路径，则可以保证数据正在被访问的惟一性。大内核锁的意义在于，线程要想进入某个程序路径来访问数据，就必须获得该锁，表面上看就像是大内核锁保护了程序路径，其它线程无法进入程序路径。