信号量、互斥体和自旋锁实现原理初览--补充中

本文重点在区分互斥锁和自旋锁的原理。

1. 互斥锁，假如进程A去抢锁，如锁已经被强占，那么进程A会被放入队列，接着进程的状态被改变，比如设为TASK_INTERRUPTIBLE，然后调用调度函数schedule()，后者将会把当前进程从cpu的运行队列中摘下，进程A进入睡眠。锁被释放，进程A将被唤醒。

而假如是自旋锁，A进程去抢自旋锁，锁已经被占后，A进程会不断的占用cpu，主动去查询(不像互斥锁，进入睡眠，被动等待被唤醒)自旋锁是否释放。

信号量/互斥体和自旋锁的区别

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

另外需要注意的是

1）、信号量锁保护的临界区可包含可能引起阻塞的代码，而自旋锁则绝对要避免用来保护包含这样代码的临界区，因为阻塞意味着要进行进程的切换，如果进程被切换出去后，另一进程企图获取本自旋锁，死锁就会发生。

2）、在你占用信号量的同时不能占用自旋锁，因为在你等待信号量时可能会睡眠，而在持有自旋锁时是不允许睡眠的。

一、信号量

信号量又称为信号灯，它是用来协调不同进程间的数据对象的，而最主要的应用是共享内存方式的进程间通信。本质上，信号量是一个计数器，它用来记录对某个资源（如共享内存）的存取状况。一般说来，为了获得共享资源，进程需要执行下列操作：

　　 （1） 测试控制该资源的信号量。

　　 （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。

p 操作

在保证原子操作的前提下，先测试信号量数量是否大于0，如果是说明可以获得信号量，这种情况下需要先做--，以确保别的进程能否获得该信号量，然后函数返回，其调用者开始进入临界区。如果没有获得信号量，当前进程等待队列，开始睡眠。(注：将一个进程阻塞，一般的经过是先把进程放到等待队列中，接着改变进程的状态，比如设为TASK_INTERRUPTIBLE，然后调用调度函数schedule()，后者将会把当前进程从cpu的运行队列中摘下)

将当前进程赋给task，并利用其list成员将该变量的节点加入到以sem中的wait_list为头部的一个列表中，假设有多个进程在sem上调用down _interruptible，则sem的wait_list上形成的队列如下图：

v 操作

如果没有其他线程等待在目前即将释放的信号量上，那么只需将信号量数量++即可。如果有其他线程正因为等待该信号量而睡眠，那么调用__up.

这个函数首先获得sem所在的wait_list为头部的链表的第一个有效节点，然后从链表中将其删除，然后唤醒该节点上睡眠的进程。

由此可见，对于sem上的每次down_interruptible调用，都会在sem的wait_list链表尾部加入一新的节点。对于sem上的每次up调用，都会删除掉wait_list链表中的第一个有效节点，并唤醒睡眠在该节点上的进程。

主要参照博文：

http://www.cnblogs.com/biyeymyhjob/archive/2012/07/21/2602015.html