主要內容

1. 原子操作
2. 自旋鎖
3. 讀寫自旋鎖
4. 信號量
5. 讀寫信號量
6. 互斥鎖
7. 完成變量
8. 大內核鎖
9. 順序鎖
10. 禁止搶占
11. 順序和屏障

1. 原子操作

原子操作可以保證指令以原子的方式執(zhí)行，不會被打斷。
內核提供了對整數，對位的原子操作接口
特殊的atomic_t類型，32位int的低8位嵌入了一個鎖

2. 自旋鎖

原子操作只能用于臨界區(qū)只有一個變量的情況，實際應用中，臨界區(qū)的情況要復雜的多。
對于復雜的臨界區(qū)，linux內核中也提供了多種同步方法，自旋鎖就是其中一種。

自旋鎖的特點就是當一個線程獲取了鎖之后，其他試圖獲取這個鎖的線程一直在循環(huán)等待獲取這個鎖，直至鎖重新可用。
由于線程實在一直循環(huán)的獲取這個鎖，所以會造成CPU處理時間的浪費，因此最好將自旋鎖用于能很快處理完的臨界區(qū)。

注意：

1. 自旋鎖是不可遞歸的，遞歸的請求同一個自旋鎖會自己鎖死自己。
2. 線程獲取自旋鎖之前，要禁止當前處理器上的中斷。（防止獲取鎖的線程和中斷形成競爭條件，導致死鎖）
   比如：當前線程獲取自旋鎖后，在臨界區(qū)中被中斷處理程序打斷，中斷處理程序正好也要獲取這個鎖，
   于是中斷處理程序會等待當前線程釋放鎖，而當前線程也在等待中斷執(zhí)行完后再執(zhí)行臨界區(qū)和釋放鎖的代碼。

中斷處理下半部：

1. 下半部處理和進程上下文共享數據時，由于下半部的處理可以搶占進程上下文的代碼，
   所以進程上下文在對共享數據加鎖前要禁止下半部的執(zhí)行，解鎖時再允許下半部的執(zhí)行。
2. 中斷處理程序（上半部）和下半部處理共享數據時，由于中斷處理（上半部）可以搶占下半部的執(zhí)行，
   所以下半部在對共享數據加鎖前要禁止中斷處理（上半部），解鎖時再允許中斷的執(zhí)行。
3. 同一種tasklet不能同時運行，所以同類tasklet中的共享數據不需要保護。
4. 不同類tasklet中共享數據時，其中一個tasklet獲得鎖后，不用禁止其他tasklet的執(zhí)行，因為同一個處理器上不會有tasklet相互搶占的情況
5. 同類型或者非同類型的軟中斷在共享數據時，也不用禁止下半部，因為同一個處理器上不會有軟中斷互相搶占的情況

3. 讀寫自旋鎖

用于生產者消費者類型的讀寫自旋鎖

讀鎖之間共享，寫鎖之間互斥

4.信號量

信號量也是一種鎖，和自旋鎖不同的是，線程獲取不到信號量的時候，不會像自旋鎖一樣循環(huán)的去試圖獲取鎖，而是進入睡眠，直至有信號量釋放出來時，才會喚醒睡眠的線程，進入臨界區(qū)執(zhí)行。

由于使用信號量時，線程會睡眠，所以等待的過程不會占用CPU時間。所以信號量適用于等待時間較長的臨界區(qū)。
信號量消耗的CPU時間的地方在于使線程睡眠和喚醒線程，如果 （使線程睡眠 + 喚醒線程）的CPU時間 > 線程自旋等待的CPU時間，那么可以考慮使用自旋鎖。

信號量有二值信號量和計數信號量2種，其中二值信號量比較常用。

1. 二值信號量表示信號量只有2個值，即0和1。信號量為1時，表示臨界區(qū)可用，信號量為0時，表示臨界區(qū)不可訪問。
   二值信號量表面看和自旋鎖很相似，區(qū)別在于爭用自旋鎖的線程會一直循環(huán)嘗試獲取自旋鎖，
   而爭用信號量的線程在信號量為0時，會進入睡眠，信號量可用時再被喚醒。
2. 計數信號量有個計數值，比如計數值為5，表示同時可以有5個線程訪問臨界區(qū)。

5. 讀寫信號量

讀寫信號量和信號量之間的關系 與 讀寫自旋鎖和普通自旋鎖之間的關系 差不多。

6. 互斥鎖

互斥體也是一種可以睡眠的鎖，相當于二值信號量，只是提供的API更加簡單，使用的場景也更嚴格一些，如下所示：

1. mutex的計數值只能為1，也就是最多只允許一個線程訪問臨界區(qū)
2. 在同一個上下文中上鎖和解鎖
3. 不能遞歸的上鎖和解鎖
4. 持有個mutex時，進程不能退出
5. mutex不能在中斷或者下半部中使用，也就是mutex只能在進程上下文中使用
6. mutex只能通過官方API來管理，不能自己寫代碼操作它

如何選擇？

在面對互斥體和信號量的選擇時，只要滿足互斥體的使用場景就盡量優(yōu)先使用互斥體。
在面對互斥體和自旋鎖的選擇時，參見下表：

7. 完成變量

如果一個任務要執(zhí)行一些工作時，另一個任務就會在完成變量上等待。當這個任務完成工作后，會使用完成變量去喚醒在等待的任務。
實現機制類似于信號量。

8. 大內核鎖

不再使用，只存在于一些遺留代碼

9. 順序鎖

為讀寫共享數據提供了一種簡單的實現機制。

前提到的讀寫自旋鎖和讀寫信號量，在讀鎖被獲取之后，寫鎖是不能再被獲取的，也就是說，必須等所有的讀鎖釋放后，才能對臨界區(qū)進行寫入操作。
順序鎖則與之不同，讀鎖被獲取的情況下，寫鎖仍然可以被獲取。
使用順序鎖的讀操作在讀之前和讀之后都會檢查順序鎖的序列值，如果前后值不符，則說明在讀的過程中有寫的操作發(fā)生，那么讀操作會重新執(zhí)行一次，直至讀前后的序列值是一樣的。

10. 禁止搶占

其實使用自旋鎖已經可以防止內核搶占了，但是有時候僅僅需要禁止內核搶占，不需要像自旋鎖那樣連中斷都屏蔽掉。

這時候就需要使用禁止內核搶占的方法了：

11. 順序和屏障

一種同步機制（又稱柵欄，關卡），用于對一組線程進行協(xié)調，所有線程到達一個匯合點后再一起向前推進

總結

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