内核锁机制简单介绍"/>
linux 内核锁机制简单介绍
在操作系统引入了进程概念，进程成为调度实体后，系统就具备了并发执行多个进程的能力，但也导致了系统中各个进程之间的
资源竞争和共享。另外，由于中断、异常机制的引入，以及内核态抢占都导致了这些内核执行路径（进程）以交错的方式运行。
对于这些交错路径执行的内核路径，如不采取必要的同步措施，将会对一些关键数据结构进行交错访问和修改，从而导致这些
数据结构状态的不一致，进而导致系统崩溃。因此，为了确保系统高效稳定有序地运行，linux必须要采用同步机制。
这些机制包括：原子操作、自旋锁、信号量、互斥体、完成变量、顺序锁等下面我介绍下常用的三种锁机制：
1、互斥锁 metux
以前内核唯一可以睡眠的锁是信号量（sem），metux是更简单睡眠锁，简单来说metux是信号量的一种简化，
因为多数用户可能只需要互斥，也就是说使用计数为1就可以了，而使用信号量相对就比较复杂。
mutex在内核中对应的数据结构mutex，其行为和使用计数为1的信号量类似，但是操作接口非常简单，也很高效
- mutex的初始化：
DEFINE_MUTEX(name); #静态初始化
mutex_init(&mutex); #动态初始化
二中初始化选其一；
- mutex的加锁和解锁：
mutex_lock(&mutex);
/*临界区*/
mutex_unlock(&mutex);
- 使用限制：只能在同一上下文中上锁和解锁，不适合内核同用户复杂的同步情况
2、自旋锁spinlock
自旋锁的最初设计目的是在多处理器系统中提供对共享数据的保护，自旋锁获取锁的过程，不会主动调用schedule()进行进程切换，而是占用cpu，
拼命的自旋，类似于while耗时操作。
自旋锁顾名思义，自旋，自旋锁只能被一个线程持有，如果另一个线程师徒获取被已经持有的自旋锁，那么线程会一直自旋占用cpu
--一直等到锁被释放，所以自旋锁的使用必须在使用时间短的地方。举例说明就是一个房间，只有一把钥匙，线程相当于人，房间同
时只能进一个人，房间空了，另一个人才能获取钥匙进去。
- spinlock初始化：
DEFINE_SPINLOCK(my_lock);
- 加锁和解锁：
spin_lock(&my_lock);
/*临界区*/
spin_unlock(&my_lock);
- 自旋锁的变种：
读写自旋锁rwlock：对照普通自旋锁，读写自旋锁允许多个读者进程同时进入临界区，交错访问同一个临界资源。
顺序自旋锁seqlock：允许任意数量的读取者同时进入临界区，但写入者必须进行互斥访问
- 使用限制:占用时间要短，中断中可使用，低开销加锁，不能用在睡眠的地方，变种的使用根据实际情况而定。
3、信号量·semaphone
信号量在创建时需要设置一个初始值，表示同时可以有几个任务可以访问该信号量保护的共享资源，初始值为1就变成互斥锁（Mutex）即同时只能有一个任务可以访问信号量保护的共享资源。一个任务要想访问共享资源，首先必须得到信号量，获取信号量的操作将把信号量的值减1，若当前信号量的值为负数，表明无法获得信号量，该任务必须挂起在该信号量的等待队列等待该信号量可用；若当前信号量的值为非负数，表示可以获得信号量，因而可以立刻访问被该信号量保护的共享资源。当任务访问完被信号量保护的共享资源后，必须释放信号量，释放信号量通过把信号量的值加1实现，如果信号量的值为非正数，表明有任务等待当前信号量，因此它也唤醒所有等待该信号量的任务。
- sem的初始化：
struct smeaphone name;
sema_init(&name,count); # name 是信号量变量名，count是使用数量
- 信号量的使用：
if（down_interrupt(&name)） #试图获取信号量
{}
/*临界区*/
up(&name); #释放信号量
- 自旋锁的变种：读写信号量(rwsem)：内核提供了读入者信号量和写入者信号量，类似于读写自旋锁
互斥信号量：count=1，类似于mutex
- 使用限制：信号量中存在一个进程等待队列，未获取锁的进程将挂到该队列中，然后主动调用schedule()切换进程，让出cpu。
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