訊號量和互斥鎖

概念

訊號量用在多執行緒多工

同步的，乙個執行緒完成了某乙個動作就通過訊號量告訴別的執行緒，別的執行緒再進行某些動作（大家都在sem_wait的時候，就阻塞在那裡）。

互斥鎖是用在多執行緒多工

互斥的，乙個執行緒占用了某乙個資源，那麼別的執行緒就無法訪問，直到這個執行緒unlock，其他的執行緒才開始可以利用這個資源。比如對全域性變數的訪問，有時要加鎖，操作完了，再解鎖。

有的時候鎖和訊號量會同時使用的.  

也就是說，訊號量不一定是鎖定某乙個資源，而是流程上的概念，比如：有a,b兩個執行緒，b執行緒要等a執行緒完成某一任務以後再進行自己下面的步驟，這個任務並不一定是鎖定某一

資源，還可以是進行一些計算或者資料處理之類。而執行緒互斥量則是「鎖住某一資源」的概念，在鎖定期間內，其他執行緒無法對被保護的資料進行操作。在有些情況下兩者可以互換。

作用域

訊號量: 程序間或執行緒間

互斥鎖: 執行緒間

上鎖時

訊號量: 只要訊號量的value大於0，其他執行緒就可以sem_wait成功，成功後訊號量的value減一。若value值不大於0，則sem_wait阻塞，直到sem_post釋放後value值加一。一句話

，訊號量的value>=0。

互斥鎖: 只要被鎖住，其他任何執行緒都不可以訪問被保護的資源。如果沒有鎖，獲得資源成功，否則進行阻塞等待資源可用。一句話，執行緒互斥鎖的vlaue可以為負數。

linux實現

- 訊號量

維護訊號量狀態的是linux核心作業系統而不是使用者程序。我們可以從頭檔案/usr/src/linux/include/linux/sem.h 

中看到核心用來維護訊號量狀態的各個結構的定義。訊號量是乙個資料集合，使用者可以單獨使用這一集合的每個元素。要呼叫的第乙個函式是semget，用以獲

得乙個訊號量id。

struct

semaphore 
;

從以上訊號量的定義中，可以看到訊號量底層使用到了spin_lock的鎖定機制，這個spin_lock主要用來確保對count成員的原子性的操作(count--)和測試(count > 0)。

訊號量的p操作：

(1).void down(struct semaphore *sem);

(2).int down_interruptible(struct semaphore *sem);

(3).int down_trylock(struct semaphore *sem);

- 互斥鎖

struct

mutex 
;

自旋鎖

自旋鎖，是為實現保護共享資源而提出一種鎖機制。

其實，自旋鎖與互斥鎖比較類似，它們都是為了解決對某項資源的互斥使用。無論是互斥鎖，還是自旋鎖，在任何時刻，最多只能有乙個保持者，也就說，在任何時刻最多只能有乙個執行單元獲得鎖。但是兩者在排程機制上略有不同。對於互斥鎖，如果資源已經被占用，資源申請者只能進入睡眠狀態。但是自旋鎖不會引起呼叫者睡眠，如果自旋鎖已經被別的執行單元保持，呼叫者就一直迴圈在那裡看是否該自旋鎖的保持者已經釋放了鎖，"自旋"一詞就是因此而得名。

自旋鎖一般原理

跟互斥鎖一樣，乙個執行單元要想訪問被自旋鎖保護的共享資源，必須先得到鎖，在訪問完共享資源後，必須釋放鎖。如果在獲取自旋鎖時，沒有任何執行單元保持該鎖，那麼將立即得到鎖；如果在獲取自旋鎖時鎖已經有保持者，那麼獲取鎖操作將自旋在那裡，直到該自旋鎖的保持者釋放了鎖。由此我們可以看出，自旋鎖是一種比較低階的保護資料結構或**片段的原始方式，這種鎖可能存在兩個問題：死鎖和過多占用cpu資源。 

自旋鎖適用情況

自旋鎖比較適用於鎖使用者保持鎖時間比較短的情況。正是由於自旋鎖使用者一般保持鎖時間非常短，因此選擇自旋而不是睡眠是非常必要的，自旋鎖的效率遠高於互斥鎖。訊號量和讀寫訊號量適合於保持時間較長的情況，它們會導致呼叫者睡眠，因此只能在程序上下文使用，而自旋鎖適合於保持時間非常短的情況，它可以在任何上下文使用。如果被保護的共享資源只在程序上下文訪問，使用訊號量保護該共享資源非常合適；如果對共享資源的訪問時間非常短，自旋鎖也可以。但是如果被保護的共享資源需要在中斷上下文訪問（包括底半部即中斷處理控制代碼和頂半部即軟中斷），就必須使用自旋鎖。自旋鎖保持期間是搶占失效的，而訊號量和讀寫訊號量保持期間是可以被搶占的。自旋鎖只有在核心可搶占或smp（多處理器）的情況下才真正需要，在單cpu且不可搶占的核心下，自旋鎖的所有操作都是空操作。另外格外注意一點：自旋鎖不能遞迴使用。

自旋鎖實現

typedef

struct
spinlock 
;
#endif

};
}

spinlock_t
;

訊號量/互斥體和自旋鎖的區別

訊號量/互斥體允許程序睡眠屬於睡眠鎖，自旋鎖則不允許呼叫者睡眠，而是讓其迴圈等待，所以有以下區別應用 

1）、訊號量和讀寫訊號量適合於保持時間較長的情況，它們會導致呼叫者睡眠，因而自旋鎖適合於保持時間非常短的情況

2）、自旋鎖可以用於中斷，不能用於程序上下文(會引起死鎖)。而訊號量不允許使用在中斷中，而可以用於程序上下文

3）、自旋鎖保持期間是搶占失效的，自旋鎖被持有時，核心不能被搶占，而訊號量和讀寫訊號量保持期間是可以被搶占的

另外需要注意的是

1）、訊號量鎖保護的臨界區可包含可能引起阻塞的**，而自旋鎖則絕對要避免用來保護包含這樣**的臨界區，因為阻塞意味著要進行程序的切換，如果程序被切換出去後，另一程序企圖獲取本自旋鎖，死鎖就會發生。

2）、在你占用訊號量的同時不能占用自旋鎖，因為在你等待訊號量時可能會睡眠，而在持有自旋鎖時是不允許睡眠的。

訊號量，互斥鎖

注 摘自 程式設計師的自我修養 相關章節。關鍵字 執行緒同步 原子操作 鎖 二元訊號量 訊號量 互斥量 臨界區 讀寫鎖 條件變數 原子操作 共享資料 全域性變數或堆變數 的自增 操作在多執行緒環境下會出現錯誤是因為這個操作 一條c語句 被編譯為彙編 後不止一條指令，因此在執行的時候可能執行了一半就被...

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