信号量、互斥体和自旋锁小结

概述

linuxn内核同步机制几种常用的方式，面试经常会被问道，这里做一个小结

【1】信号量

【2】互斥体

【3】自旋锁

【4】区别

1、信号量（semaphore）

又称为信号灯，本质上，信号量是一个计数器，用来记录对某个共享资源的存取情况，一般共享资源通过以下步骤

         （1） 测试控制该资源的信号量（n）。
　　 （2） 若此信号量的值为正，则允许进行使用该资源。进程将信号量减1。
　　 （3） 若此信号量为0，则该资源目前不可用，进程进入睡眠状态，直至信号量值大于0，进程被唤醒，转入步骤（1）。
　　 （4） 当进程不再使用一个信号量控制的资源时，信号量值加1。如果此时有进程正在睡眠等待此信号量，则唤醒此进程。

以一个停车场的运作为例。简单起见，假设停车场只有三个车位，一开始三个车位都是空的。这时如果同时来了五辆车，看门人允许其中三辆直接进入，然后放下车拦，剩下的车则必须在入口等待，此后来的车也都不得不在入口处等待。这时，有一辆车离开停车场，看门人得知后，打开车拦，放入外面的一辆进去，如果又离开两辆，则又可以放入两辆，如此往复。在这个停车场系统中，车位是公共资源，每辆车好比一个线程，看门人起的就是信号量的作用。

2、互斥体（mutex）

因此，在任意时刻，只有一个线程被允许进入这样的代码保护区。任何线程在进入临界区之前，必须获取（acquire）与此区域相关联的互斥体的所有权。如果已有另一线程拥有了临界区的互斥体，其他线程就不能再进入其中。这些线程必须等待，直到当前的属主线程释放（release）该互斥体。从原理上讲，mutex实际上是count=1情况下的semaphore

3、自旋锁（spin_lock）

保护共享资源的一种锁机制，解决资源的互斥使用，任意时刻只能有一个执行单元获得锁，这个互斥锁很像，但是在互斥锁中如果一个资源被占用资源申请者只能进入睡眠，但是自旋锁不会引起调用者的睡眠，而是一直在循环等待锁的保持者退出。

通常自旋锁适用于保持锁比较短的情形，正是由于自旋锁使用者时间很短因而”自旋“比睡眠更有优势，但是如果被保护的共享资源需要在中断上下文访问（包括底半部即中断处理句柄和顶半部即软中断），就必须使用自旋锁。自旋锁保持期间是抢占失效的，而信号量和读写信号量保持期间是可以被抢占的。，并且自旋锁不可递归调用

4、区别

    信号量/互斥体允许进程睡眠属于睡眠锁，自旋锁则不允许调用者睡眠，而是让其循环等待，所以有以下区别应用
    1）、信号量和读写信号量适合于保持时间较长的情况，它们会导致调用者睡眠，因而自旋锁适合于保持时间非常短的情况
    2）、自旋锁可以用于中断，不能用于进程上下文(会引起死锁)。而信号量不允许使用在中断中，而可以用于进程上下文
    3）、自旋锁保持期间是抢占失效的，自旋锁被持有时，内核不能被抢占，而信号量和读写信号量保持期间是可以被抢占的